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浅谈CMOS与CCD图画传感器

浅谈CMOS与CCD图像传感器-MOS本来是计算机系统内的一种重要芯片,它可保存系统引导所需的大量资料。在20世纪70年代初,有人发现,将CMOS引入半导体光敏二极管后也可作为一种感光传感器,但在分辨率、噪声、功耗和成像质量等方面都比当时的CCD差,因而未获得发展。

固体图画传感器(也称固体光电成像器材)有CCD与CMOS两种。CCD是“电荷耦合器材”(Charge Coupled Device)的简称,而CMOS是“互补金属氧化物半导体”(Complementary Metal Oxide Semiconductor)的简称。CCD是1970年美国贝尔实验室的W·B·Boyle和G·E·Smith等人创造的,然后揭开了电荷传输器材的前奏。尔后,人们运用这一技能制作了摄像机与数码相机,将图画处理职业推进到一个全新范畴。CCD是一种用于捕捉图画的感光半导体芯片,广泛运用于扫描仪、复印机、摄像机及无胶片相机等设备。作为相机,与胶卷的原理类似,光学图画(即实践场景)穿过镜头投射到CCD上。但与胶卷不同的是CCD没有“曝光”才干,也没有才干记载和存贮图画数据,而是将图画数据不逗留地送入一个A/D转化器、信号处理器与存贮设备,但可重复拍照和即时调整,其印象可无限次仿制而不下降质量,也便利永久保存。

CMOS本来是计算机体系内的一种重要芯片,它可保存体系引导所需的很多材料。在20世纪70年代初,有人发现,将CMOS引进半导体光敏二极管后也可作为一种感光传感器,但在分辨率、噪声、功耗和成像质量等方面都比其时的CCD差,因而未获得开展。跟着CMOS工艺技能的开展,选用规范的CMOS工艺能出产高质量、低本钱的CMOS成像器材。这种器材便于大规模出产、其功耗低与本钱低价的特性都是商家们朝思暮想的。现在,CCD与CMOS两者共存,CCD暂时仍是“干流”,但CMOS将替代CCD而成为图画传感器的干流。

信息读取方法的比照

CCD光电成像器材存贮的电荷信息,需要在二相或三相或四相时钟驱动脉冲的操控下,一位一位地施行搬运后逐行次序读取。

而CMOS光电成像器材的光学图画信息经光电转化后发生电流或电压信号,这个电信号不需要像CCD那样逐行读取,而是从CMOS晶体管开关阵列中直接读取的,可增加取像的灵活性。而CCD绝无此功用。

速度的比照

由上知,CCD成像器材需在二、三、四相时钟驱动脉冲的操控下,以行为单位一位一位地输出信息,所以速度较慢。

浅谈CMOS与CCD图画传感器

而CMOS成像器材在收集光电图画信号的一起就可取出电信号,它并能一起处理各单元的图画信息,所以速度比CCD成像器材快得多。由于CMOS成像器材的行、列电极能够被高速地驱动,再加上在同一芯片上做A/D转化,图画信号能快速地取出,因而它可在适当高的帧速下动作。如有些规划用来做机器视觉的CMOS,宣称能够高达每秒1000个画面的帧速。

电源及耗电量的比照

由于CCD的像素由MOS电容构成,读取电荷信号时需运用电压适当大(至少12V)的二相或三相或四相时序脉冲信号,才干有效地传输电荷。因而CCD的取像体系除了要有多个电源外,其外设电路也会耗费适当大的功率。有的CCD取像体系需耗费2~5W的功率。

而CMOS光电成像器材只需运用一个单电源5V或3V,耗电量十分小,仅为CCD的1/8~1/10,有的CMOS取像体系只耗费20~50mW的功率。

成像质量的比照

CCD成像器材制作技能起步早,技能老练,选用PN结或二氧化硅(sio2)阻隔层阻隔噪声,所以噪声低,成像质量好。

与CCD比较,CMOS的首要缺陷是噪声高及灵敏度低,由于CMOS成像器材集成度高,各光电元件、电路之间间隔很近,相互之间的光、电、磁搅扰严峻,噪声对图画质量影响很大,开端很长一段时间无法进入有用。后来,噪声的问题用有源像素(AcTIve Pixel)规划及噪声补正线路加以下降。近年,跟着CMOS电路消噪技能的不断发展,为出产高密度优质的CMOS成像器材供给了杰出的条件。已有厂商宣称,所开宣布的技能,成像质量已不比CCD差。

CMOS成像器材的灵敏度低,是由于像素部分面积被用来制作放大器等线路。在固定的芯片面积上,除非选用更精密的制作工艺,不然为了保持适当水准的灵敏度,成像器材的分辨率不能做得太高(反过来说,固定分辩率的传感器,芯片尺寸无法做得太小)。但现在,运用0.18μm 制作技能己开宣布了4096&TImes;4096超高分辨率的CMOS图画传感器。

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