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從技術(shù)角度比較，CCD與CMOS有如下四個(gè)方面的不同： 1、信息讀取方式。與光電開關(guān)相比CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流或電壓信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。 2、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式。CCD與CMOS傳感器兩者都是利用感光二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。 CCD傳感器敏一行中每一個(gè)像素的電荷數(shù)據(jù)都會(huì)依次傳送到下一個(gè)像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進(jìn)行放大輸出;而在CMOS傳感器中，每個(gè)像素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器及A/D轉(zhuǎn)換電路，用類似內(nèi)存電路的方式將數(shù)據(jù)輸出。造成這種差異的原因在于：CCD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會(huì)失真，因此各個(gè)像素的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理，而CMOS工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個(gè)像素的數(shù)據(jù)。 靈敏度。靈敏度代表圖像傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號(hào)的能力。CCD的感光信號(hào)以行為單位傳輸，電路占據(jù)像素的面積比較小，這樣像素點(diǎn)對(duì)光的感受就高些;而CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素由多個(gè)晶體管與一個(gè)感光二極管構(gòu)成，使得每個(gè)像素的感光區(qū)域只占據(jù)像素本身很小的面積，像素點(diǎn)對(duì)光的感受就低。因此，在像素尺寸相同的情況下，CCD圖像傳感器的靈敏度要高于CMOS圖像傳感器。 分辨率。CMOS圖像傳感器上集成有放大器、定時(shí)器和ADC等電路，每個(gè)像素都比CCD復(fù)雜，因而電路所占像素的面積也大，所以相同尺寸的傳感器，CCD可以做得更密。 3、靈敏度。靈敏度代表圖像傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號(hào)的能力。CCD的感光信號(hào)以行為單位傳輸，電路占據(jù)像素的面積比輕音樂(lè)上，這樣像素點(diǎn)對(duì)光的感受就高些;而CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素由多個(gè)晶體管與一個(gè)感光二極管構(gòu)成，使得每個(gè)像素的感光區(qū)域只占據(jù)像素本身很小的面積，像素點(diǎn)對(duì)光的感受就低，因此，在像素尺雨相同的情況下，CCD圖像傳感器的靈敏度要高于CMOS圖像傳感器。 4、分辨率。CMOS圖像傳感器上集成有放大器、定時(shí)器和ADC等電路，每個(gè)像素都比CCD復(fù)雜，因而電路所占像素的面積也大，所以相同尺寸的傳感器，CCD可以做得更密。通過(guò)CCD圖像傳感器的分辨率會(huì)優(yōu)于CMOS圖像傳感器。 5、成像質(zhì)量。CCD電荷耦合器制作 技術(shù)起步早中，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為產(chǎn)生高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。 6、噪聲。CCD與CMOS圖像傳感器在結(jié)構(gòu)上的不同，使得它的讀出噪聲有很大的差別。CCD中的噪聲主要是在最高帶寬產(chǎn)生的，而CMOS圖像傳感器由于采用的是列并行結(jié)構(gòu)，因此噪聲帶寬是由行讀接帶寬決定的。CCD中噪聲隨視頻頻率的增加而增加，CMOS圖像傳感器的噪聲與視頻頻率無(wú)關(guān)。由于CMOS圖像傳感器每個(gè)像元都需搭配一個(gè)放大器，如果以百萬(wàn)像素計(jì)，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的放大器。而放大器屬于模擬電路，很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致。因此與只有一個(gè)放大器放在芯片邊緣的CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器的噪聲就會(huì)增加很多，這將會(huì)影響到圖像品質(zhì)。 7、響應(yīng)均勻性。理想狀態(tài)下各個(gè)像元在均勻光照條件下的輸出應(yīng)當(dāng)是相同的，但是帶球硅圓片工藝的微小變化、硅片及工藝加工引入、放大器變化等異致圖像傳感器光響應(yīng)不均勻。響應(yīng)均勻性包括有光照和無(wú)光照兩種環(huán)境條件。CMOS圖像傳感器電子每個(gè)像元中均有開環(huán)放大器，器件加工工藝的微小變化導(dǎo)致放大器的集團(tuán)及增益產(chǎn)生可觀的差異且隨著像元尺寸進(jìn)一步縮小，差異將進(jìn)一步擴(kuò)大，這使得在有光照和暗環(huán)境兩種條件下CMOS圖像傳感器的響應(yīng)均勻性較CCD有較大差距。盡管如此，可以采用反饋放大器等技術(shù)改進(jìn)CMOS圖像傳感器在有光照條件下的均勻性，使之接近CCD的水平。另一方面盡管CMOS圖像傳感器在有光照條件下的均勻性，使之接近CCD的水平。另一方面盡管CMOS圖像傳感器研制者盡最大努力降低暗環(huán)境下器件響應(yīng)的非均勻性，但是現(xiàn)在它仍然無(wú)法達(dá)到CCD的水平。這個(gè)高速應(yīng)用中萬(wàn)為重要，因?yàn)楦咚賾?yīng)用中由于信號(hào)弱，暗環(huán)境條件下的非均勻性將顯著降低圖像質(zhì)量。 8、速度。由于CCD采用串行連續(xù)掃描的工作方式，必須一次性讀出整行或整列的像素?cái)?shù)據(jù)。而CMOS圖像傳感器由于采用單點(diǎn)信號(hào)傳輸，通過(guò)簡(jiǎn)單的X-Y尋址技術(shù)，允許從整個(gè)排列、部分甚至單元來(lái)讀出數(shù)據(jù)，從而提高尋址速度，實(shí)現(xiàn)更快的信號(hào)傳輸，而且能對(duì)局部像素圖像進(jìn)行隨機(jī)訪問(wèn)，增加了工作靈敏性。通常的CCD圖像傳感器的信號(hào)讀出速率不超過(guò)70pixels/s。CMOS圖像傳感器信號(hào)讀出速率可達(dá)1000Mpixels/s。 9、功耗。CMOS圖像傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，即感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由晶體管放大輸出;而CCD為被動(dòng)式采集，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12-18V。因此，CCD還必須有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和而壓強(qiáng)度。由此可見，CCD需要外部控制信號(hào)和時(shí)鐘信獲得滿意的電荷轉(zhuǎn)移效率，還需要多個(gè)電源和電壓調(diào)節(jié)器，因此功能大。CMOS圖像傳感器使用單一工作電壓，功耗低，不僅相當(dāng)于CCD功耗的1/8，在節(jié)能方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，有利于延長(zhǎng)便攜式、機(jī)載或星載電子設(shè)備的使用時(shí)間。 10、響應(yīng)范圍。CMOS圖像傳感器除了對(duì)可見光敏感以外，對(duì)紅外光也非常第三，在890-9801ull范圍內(nèi)其靈敏度遠(yuǎn)高于CCD圖像傳感器的靈敏度，并且隨波長(zhǎng)增加其衰減的樣張度也相對(duì)較慢。如能設(shè)計(jì)制造出在1-3岬波長(zhǎng)范圍內(nèi)第三的CMOS圖像傳感器，在夜戰(zhàn)和夜間監(jiān)控上將有更廣泛的應(yīng)用。 11、可靠性。CMOS圖像傳感器和CCD在商用及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有等價(jià)的可靠性。在極端惡劣的應(yīng)用環(huán)境中，由于CMOS圖像傳感器將大部分相機(jī)電路集成在一個(gè)芯片上，焊點(diǎn)與接頭大大減少，其可靠性要優(yōu)于CCD圖像傳感器。 |
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