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针对工业相机CCD与CMOS的对比说明

CCD 与CMOS 对比

一直以来,人们总是在讨论CMOS 和CCD 两

种成像器之间的比较优势。虽然关于哪个更胜一

筹的争论纷纭已久,但自始至终却没有任何定论

浮出水面。由于人们关注的主题总在不断变化,

因此,关于问题的答案也是不确定的。科技在进

步,市场也日新月异,影响产品竞争力的因素不

再只是技术,还包括商业利益。成像器的应用范

围也发生了变化,需要满足更多不同的需求。有

一些应用是CMOS 成像器的强项,另一些则是

CCD 的优势。在本文中,我们将深入探讨两种成

像器在不同领域的优劣势,并向大家介绍一些鲜

为人知的技术和成本因素。 引言

CCD (电荷耦合器件)和CMOS (互补性氧化

金属半导体)图像传感器是两种不同的数字影像捕

捉技术。在不同的应用中,二者的优势和劣势也不同。

也就是说,成像器将光先转换为电荷,然后进一

步处理成为电子信号。在CCD 传感器中,每一个像

素捕获的电荷通过有限数量的输出节点(通常只有

一个)转移,转换成电压信号后保存到缓冲区,再从

芯片作为模拟信号传输出去。所有的像素都可以用

于光子捕获,输出信号的均匀性相当高,而信号的均匀性是决定图像质量的关键因素。对CMOS 传感器而言,每一个像素都有自己的电荷到电压转换机制,

传感器通常也包括放大器、噪声校正和数字化处理电路,因而CMOS 芯片输出的是数字“位”。这些功能增加了 CMOS 传感器设计的复杂性,也减少了捕获光子的有效面积。考虑到 CMOS 传感器的每一个像素都承担自身的转换任务,因而输出信号的均匀性较低。但是有赖于大规模并行处理架构,CMOS 传感器的总带宽较高,速度也更快。

CCD 和CMOS 成像器均诞生于20世纪60年代末和70年代。CCD 在当时成为主导产品,最主要的原因在当时有限的制造工艺下,CCD 可以呈现质量极高的影像。CMOS 图像传感器要求要求更高的传输均匀性,以及更小的特征,当时的硅片加工技术并不能满足。一直到20世纪90年代,平版刻法技术发展到一定程度,设计者才有能力开始设计具有实际意义CMOS 成像装置。人们对CMOS 传感器成像装置重新产生了兴趣,主要原因在于:因为重新采用了主流逻辑思维和存储装置的制造工艺,CMOS 传感器有望降低功率消耗、实现照相机与芯片集成并降低制造成本。要在实践中实现CMOS 的这些好处,同时还要保障高质量的影像,这就需要花费更多的时间、金钱,并增加工艺投入。不过,可喜的是,此时,CMOS 成像器终于能够和CDD 一样,成为一种成熟的主流技术。

CCD 和CMOS 成像器都是利用光电效应通过光产生电子信号 CCD(左)和CMOS (右)图像传感器