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    ccd傳感器和cmos區別-ccd與cmos傳感技術原理、作用及其區別對比詳解-KIA MOS管

    信息來源:本站 日期:2018-11-23 

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    ccd傳感器和cmos區別

    ccd傳感器簡介

    電荷耦合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一種高感光度的半導體材料制成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器芯片轉換成數字信號,數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機,并借助于計算機的處理手段,根據需要和想像來修改圖像。


    cmos簡介

    CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor(互補金屬氧化物半導體)的縮寫。它是指制造大規模集成電路芯片用的一種技術或用這種技術制造出來的芯片,是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。因為可讀寫的特性,所以在電腦主板上用來保存BIOS設置完電腦硬件參數后的數據,這個芯片僅僅是用來存放數據的。


    電壓控制的一種放大器件,是組成CMOS數字集成電路的基本單元。而對BIOS中各項參數的設定要通過專門的程序。BIOS設置程序一般都被廠商整合在芯片中,在開機時通過特定的按鍵就可進入BIOS設置程序,方便地對系統進行設置。因此BIOS設置有時也被叫做CMOS設置。


    CMOS和CCD傳感器原理區別

    CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器,兩者都是利用感光二極管(photodiode)進行光電轉換,將圖像轉換為數字數據,而其主要差異是數字數據傳送的方式不同。 這種轉換的原理與 “太陽能電池”效應相近,光線越強、電力越強;反之,光線越弱、電力也越弱的道理,將光影像轉換為電子數字信號。


    比較CCD和CMOS的結構,ADC的位置和數量是最大的不同。簡單的說,CCD每曝光一次,在快門關閉后進行像素轉移處理,將每一行中每一個像素(pixel)的電荷信號依序傳入“緩沖器”中,由底端的線路引導輸出至CCD旁的放大器進行放大,再串聯ADC輸出;相對地,CMOS的設計中每個像素旁就直接連著ADC(放大兼類比數字信號轉換器),訊號直接放大并轉換成數字信號。

    ccd傳感器和cmos區別


    由于構造上的基本差異,我們可以看出兩者在性能上的表現之不同。CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真(專屬通道設計),透過每一個像素集合至單一放大器上再做統一處理,可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡單,沒有專屬通道的設計,因此必須先行放大再整合各個像素的資料。


    CMOS和CCD傳感器差異

    整體來說,CCD與CMOS兩種設計的應用,反應在成像效果上,形成括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點與耗電量等,不同類型的差異。


    工作原理差異

    CCD在工作時,上百萬個像素感光后會生成上百萬個電荷,所有的電荷全部經過一個“放大器”進行電壓轉變,形成電子信號,因此,這個“放大器”就成為了一個制約圖像處理速度的“瓶頸”,所有電荷由單一通道輸出,就像千軍萬馬從一座橋上通過,當數據量大的時候就發生信號“擁堵”,而百萬像素高清網絡攝像機格式卻恰恰需要在短時間內處理大量數據,因此,在安防監控產品中使用單CCD無法滿足高速讀取高清數據的需要。而CMOS則不同,每個像素點都有一個單獨的放大器轉換輸出,因此CMOS沒有CCD的“瓶頸”問題,能夠在短時間內處理大量數據,輸出高清影像,因此也能都滿足高清網絡攝像機的需求。


    ISO感光度差異

    由于CMOS每個像素包含了放大器與A/D轉換電路,過多的額外設備壓縮單一像素的感光區域的表面積,因此相同像素下,同樣大小之感光器尺寸,CMOS的感光度會低于CCD。


    成本差異

    CMOS應用半導體工業常用的 MOS制程,可以一次整合全部周邊設施于單晶片中,節省加工晶片所需負擔的成本和良率的損失;相對地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須另辟傳輸通道,如果通道中有一個像素故障(Fail),就會導致一整排的訊號壅塞,無法傳遞,因此CCD的良率比CMOS低,加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊,CCD的制造成本相對高于CMOS。


    解析度差異

    在第一點“感光度差異”中,由于 CMOS 每個像素的結構比CCD復雜,其感光開口不及CCD大, 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時,CCD感光器的解析度通常會優于CMOS。不過,如果跳脫尺寸限制,目前業界的CMOS 感光原件已經可達到1400萬 像素/全片幅的設計,CMOS技術在良率上的優勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難,特別是全片幅24mm-by-36mm 這樣的大小。


    噪點差異

    由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個ADC放大器,如果以百萬像素計,那么就需要百萬個以上的ADC放大器,雖然是統一制造下的產品,但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在,很難達到放大同步的效果,對比單一一個放大器的CCD,CMOS最終計算出的噪點就比較多。


    耗電量差異

    CMOS的影像電荷驅動方式為主動式,感光二極體所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式, 必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特(V)以上的水平,因此CCD還必須要有更精密的電源線路設計和耐壓強度,高驅動電壓使CCD的電量大約是CMOS的3到10倍。CCD礙于原理特性,無法與時序電路、控制電路、模擬數字轉換等相關芯片電路一同整合封裝,而CMOS卻可以,因此在功能體積上CMOS能比CCD更小。CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優勢,使得攝像機的體積也就做得更小。


    CMOS和CCD傳感器的應用

    CCD在影像品質等各方面均優于CMOS,但不可否認的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。由于數碼影像的需求熱烈,CMOS的低成本和穩定供貨,成為廠商的最愛,也因此其制造技術不斷地改良更新,使得 CCD 與 CMOS 兩者的差異逐漸縮小 。從技術發展的角度來看:CMOS的發展空間要大得多,CCD則受到制造工藝的局限,發展空間有限。

    CCD與CMOS圖像傳感器的六大硬件技術指標

    有時大家可能有這樣的疑問,同樣是高清網絡攝像機為什么圖像效果會有差異呢?使用同樣的配件,為什么晚上的效果也不同呢?其實這是與我們使用的sensor(即圖像傳感器)的硬件技術指標相關的,不管是CCD還是CMOS圖像傳感器,主要有“像素、靶面尺寸、感光度、電子快門、幀率、信噪比”這六大硬件技術指標。


    像素:
    傳感器上有許多感光單元,它們可以將光線轉換成電荷,從而形成對應于景物的電子圖像。而在傳感器中,每一個感光單元對應一個像素(Pixels),像素越多,代表著它能夠感測到更多的物體細節,從而圖像就越清晰,像素越高,意味著成像效果越清晰。

    ccd傳感器和cmos區別
    關聯一下我們中維世紀的產品:100W網絡攝像機分辨率是1280X720,兩個值相乘得出的就是像素值,就是近100萬個像素點,130W的分辨率是1280X960,像素值就是近130萬個像素點。從圖像效果上看,130W的效果比100W的要好一些。


    靶面尺寸:
    圖像傳感器感光部分的大小,一般用英寸來表示。和電視機一樣,通常這個數據指的是這個圖像傳感器的對角線長度,如 常見的有1/3英寸,靶面越大,意味著通光量越好,而靶面越小則比較容易獲得更大的景深。
    比如1/2英寸可以有比較大的通光量,而1/4英寸可以比較容易獲得較大的景深?!标P聯一下我們中維世紀的產品:100W產品是1/4英寸,130W是1/3英寸,200W是1/2.7英寸,大家從畫面上就能感知到上面提到的靶面尺寸的不同帶來的圖像畫質的變化。

    感光度:
    即是通過CCD或CMOS以及相關的電子線路感應入射光線的強弱。感光度越高,感光面對光的敏感度就越強,快門速度就越高,這在拍攝運動車輛,夜間監控的時候尤其顯得重要。
    這就是解釋了為什么不同的攝像機夜視會有很大差別,感光度的單位是V/LUX-SEC,V(伏)就是我們通常說的電壓的單位,LUX-SEC:是光強弱的單位,這個比值越大,夜視效果越好。

    電子快門:
    是比照照相機的機械快門功能提出的一個術語。其控制圖像傳感器的感光時間,由于圖像傳感器的感光值就是信號電荷的積累,感光越長,信號電荷積累時間也越長,輸出信號電流的幅值也越大。電子快門越快,感光度越低,適合在強光下拍攝。

    幀率:
    既指單位時間所記錄或者播放的圖片的數量。連續播放一系列圖片就會產生動畫效果,根據人類的視覺系統,當圖片的播放速度大于15幅/秒(即15幀)的時候, 人眼就基本看不出來圖片的跳躍;在達到24幅/s~30幅/s(即24幀到30幀)之間時就已經基本覺察不到閃爍現象了。
    每秒的幀數(fps)或者說幀率表示圖形傳感器在處理場時每秒鐘能夠更新的次數。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的視覺體驗。

    信噪比:
    是信號電壓對于噪聲電壓的比值,信噪比的單位用dB來表示。一般攝像機給出的信噪比值均是AGC(自動增益控制)關閉時的值,因為當AGC接通時,會對小信號進行提升,使得噪聲電平也相應提高。
    信噪比的典型值為45~55dB,若為50dB,則圖像有少量噪聲,但圖像質量良好;若為60dB,則圖像質量優良,不出現噪聲,信噪比越大說明對噪聲的控制越好。這個參數關系的圖像中噪點的數量,信噪比越高,給人感覺畫面越干凈,夜視的畫面中點狀的噪點就越少。


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