CCD传感器和CMOS传感器有什么区别?
CCD与CMOS传感器是两种常用的图像传感器,都使用感光二极管(photodiode)光电转换,将图像转换为数字数据,产生差异。
CCD传感器中每行中每个象素的电荷数据将依次传输到下一个象素,由底部输出,然后通过传感器边缘的放大器放大输出;在CMOS在传感器中,每个象素都与放大器相邻A/D转换电路,以类似的内存电路输出数据。
:CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真,因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理;而CMOS当传输距离较长时,工艺数据会产生噪声。因此,在整合各种象素数据之前,必须先放大。由于数据传输方式不同,CCD与CMOS在效率和应用上也存在许多差异,包括:
1. 灵敏度差:
由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管和一个感光二极管组成(包括放大器和A/D转换电路)使每个象素的感光面积远小于象素本身的表面积,因此在相同大小的象素下,CMOS传感器的灵敏度低于传感器CCD传感器。
2. 成本差异:
由于CMOS一般半导体电路最常用的传感器CMOS工艺可以很容易地将周围电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中,可以节省外围芯片的成本;此外,由于CCD只要其中一个象素不能运行,就会导致一整排数据无法传输,因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器要困难得多,即使是有经验的制造商也很难在产品问世后的半年内超过50%。CCD传感器的成本将高于CMOS传感器。
3. 分辨率差:
CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂,象素尺寸难以达到CCD传感器的水平,所以,当尺寸相同时CCD与CMOS传感器时,CCD传感器的分辨率通常优于CMOS传感器水平。例如,在市场上CMOS传感器的最高水平可达210万象素(OmniVision的 OV2610年6月推出,其尺寸为1/2英寸,象素尺寸为4英寸.25μm,但Sony2002年12月推出ICX452,其尺寸与 OV2610相似(1/1).8分辨率高达513万象素,象素尺寸也只有2.78μm的水平。
4.图像数据扫描方法
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。
5. 噪声差异:
由于CMOS传感器的每个感光二极管都需要配备一个放大器,这是一个模拟电路,很难使每个放大器的结果保持一致,因此只有一个放大器放置在芯片边缘CCD与传感器相比,CMOS影响图像质量的传感器噪声会增加很多。
6. 功耗差异:
CMOS传感器的图像采集方式为主动,感光二极管产生的电荷由晶体管直接放大,但CCD传感器为被动式采集,需外加电压让每个象素中的电荷移动,而此外加电压通常需要达到12~18V;因此,CCD除了更难设计电源管理电路外,传感器还需要添加 power IC),高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器水平。举例来说,OmniVision推出的OV7640(1/4英寸、VGA),在 30 fps功耗仅40mW;并致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司推出的1/7英寸,CIF等级产品的功耗仍然保持在90mW 以上。举例来说,OmniVision推出的OV7640(1/4英寸、VGA),在 30 fps功耗仅40mW;并致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司推出的1/7英寸,CIF等级产品的功耗仍然保持在90mW 以上。因此CCD发热量比CMOS大,不能长时间在阳光下工作。
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大约三分之一有助于改善人们心目中的数码相机 电老虎的不良印象。CMOS处理主要问题CCD由于电流变化过频繁,传感器快速变化图像过热。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。
综上所述
CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器具有成本低、功耗低、集成度高的特点。不过,随着CCD与CMOS传感器技术的进步,两者的差异有逐渐缩小的态势。例如CCD为了应用于移动通信市场,传感器一直在改进功耗;CMOS为了应用于更高端的图像产品,传感器不足以提高分辨率和灵敏度。