1)信息读取方法
CCD电荷耦合器存储的电荷信息需要在同步信号控制下逐一读取。电荷信息转移和读取输出需要时钟控制电路和三组不同的电源,整个电路更加复杂。CMOS光电转换后,光电传感器直接产生电流(或电压)信号,读取信号非常简单。
2)速度
CCD在同步时钟的控制下,电荷耦合器应以行为单位逐一输出信息,速度较慢;CMOS光电传感器可以在收集光信号的同时取出电信号,同时处理各单元的图像信息,速度比CCD电荷耦合器要快得多。
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3)电源和耗电量
CCD大多数电荷耦合器需要三组电源,耗电量大;CMOS光电传感器只需要一个电源,功耗很小,只是CCD1/8至1/10电荷耦合器,CMOS光电传感器在节能方面有很大的优势。
4)成像质量
CCD电荷耦合器生产技术起步早,技术成熟PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声,成像质量相对CMOS光电传感器有一定的优点。由于CMOS光电传感器集成度高,光电传感器元件和电路非常接近,光、电、磁干扰严重,噪声对图像质量影响很大,使CMOS光电传感器长期无法实用。近年,随着CMOS为了生产高密度、高质量的电路消噪技术的不断发展CMOS图像传感器提供了良好的条件。
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1.内部结构(传感器本身的结构)
CCD的成像点为X-Y纵横矩阵排列,每个成像点由光电二极管及其控制的相邻电荷存储区组成。光电二极管将光(光量子)转换为电荷(电子),聚集的电子数量与光强成正比。在读取这些电荷时,各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。通过电荷/电压转换器和放大器传感,连续读取每行电荷信息。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产CCD时钟信号和偏压技术需要使用,因此整个结构复杂,增加了功耗和成本。
CMOS数字逻辑电路、时钟驱动器、模/数转换器等传感器周围的电子设备可以集成在同一加工程序中。CMOS传感器的结构就像一个存储器。每个成像点包括光电二极管、电荷/电压转换单元、重新设置和选择晶体管和放大器。覆盖整个传感器的是金属互连器(计时应用和读取信号)和垂直排列的输出信号互连器,可以通过简单的方式使用X-Y读取信号的寻址技术。
2.外部结构(传感器在产品中的应用结构)
CCD在同步时钟的控制下,电荷耦合器应以行为单位逐一输出信息,速度较慢;CMOS光电传感器可以在收集光信号的同时取出电信号,同时处理各单元的图像信息,速度比CCD电荷耦合器要快得多。
CMOS光电传感器的加工采用半导体制造商生产集成电路的过程。数字相机的所有部件都可以集成在一个芯片上,如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器和控制器等。DRAM的优点。很多功能只需要一个芯片,所以使用CMOS光电图像转换系统的整体成本很低。
CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD它集成在半导体单晶材料上CMOS在被称为金属氧化物的半导体材料中,工作原理没有本质区别。CCD索尼、松下等掌握这一技术的厂商只有少数。而且CCD制造工艺复杂,采用CCD相机的价格会比较贵。事实上,经过技术改造,目前CCD和CMOS实际效果的差距大大降低。而且CMOS制造成本和功耗都低于CCD很多,所以很多摄像头厂家都用CMOS感光元件。成像:在相同的像素下CCD具有良好的成像渗透性和亮度,色彩还原和曝光基本准确。而CMOS由于其自身的物理特性,产品往往具有一般的渗透性,对实物的色彩还原能力较弱,曝光也不太好,CMOS成像质量和CCD还有一定的距离。但由于价格低廉,整合性高,在摄像头领域得到了广泛的应用。
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CMOS结构相对简单,与现有的大规模集成电路生产工艺相同,可降低生产成本。从原理上,CMOS信号是以点为单位的电荷信号,CCD是行为单位的电流信号,前者更敏感、更快、更省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工艺不是很成熟,普通 CMOS 一般分辨率低,成像差。
目前,许多低档入门级数码相机使用廉价低档相机CMOS芯片成像质量差。普及型、高级型、专业型数码相机采用不同档次的数码相机CCD,个别专业或准专业数码相机采用高级数码相机CMOS芯片。代表未来成像技术的发展X其实三芯片也是一种CMOS芯片。CCD与CMOS不能一概而论,但一般来说,在流行的数码相机中使用CCD芯片的成像质量更好。
从两种感光器件的工作原理可以看出,CCD(电荷藕合器件图像传感器:Charge Coupled Device),其优点是成像质量好,但由于制造工艺复杂,只有少数厂家能掌握,制造成本居高不下,尤其是大型厂家CCD,价格很高。 在相同的分辨率下,CMOS(互补氧化金属半导体:Complementary Metal-Oxide Semiconductor)价格比CCD便宜,但是CMOS与设备产生的图像质量相比CCD低一点。到目前为止,市场上绝大多数消费水平和高端数码相机都在使用CCD作为传感器;CMOS传感器作为低端产品应用于某些摄像头。如果使用哪个摄像头制造商生产的摄像头CCD传感器,厂家会不遗余力地以其为卖点进行宣传,甚至被称为数码相机。是否有一段时间CCD传感器已成为人们判断数码相机等级的标准之一。
CMOS针对CCD最重要的优点是非常省电,不像二极管CCD,CMOS 电路几乎没有静电消耗,只有在电路连接时才能消耗。这就使得CMOS功耗只有普通CCD大约三分之一,这有助于改善人们对数码相机是电老虎的不良印象。CMOS在处理快速变化的图像时,主要问题是电流变化过频繁而过热。暗电流抑制抑制得好,问题不大。如果抑制不好,很容易出现杂点。
此外,CMOS与CCD图像数据扫描方法差异很大。例如,如果分辨率是300万像素,那么CCD传感器可以连续扫描300万个电荷。扫描方法很简单,就像把桶从一个人传递给另一个人一样,信号只能在最后一个数据扫描完成后放大。CMOS传感器的每个像素都有一个放大器,它将电荷转换为电子信号。因此,CMOS传感器可以在每个像素的基础上放大信号。这种方法可以节省任何无效的传输操作,因此快速扫描数据只能消耗少量能量,降低噪音。这是佳能的像素内电荷完全转移技术。
COMS优点:与其他逻辑系列相比,CMOS逻辑电路具有以下优点:
⒈ 允许的电源电压范围宽,便于电源电路的设计
⒉ 逻辑摆幅大,使电路抗干扰能力强
⒊静态功耗低
⒋ 隔离栅结构CMOS在此期间,输入电阻非常大,因此CMOS驱动类似逻辑门的能力远强于其他系列
CMOS缺点:杂点太容易出现, 这主要是因为早期设计CMOS在处理快速变化的图像时,理快速变化的图像时会过热。在相同的分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS与设备产生的图像质量相比CCD低一点。
CCD优点:成像质量好,但由于制造工艺复杂,只有少数厂家能掌握,制造成本居高不下,尤其是大型的CCD,价格很高