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從技術角度比較，CCD與CMOS有如下四個方面的不同： 1、信息讀取方式。與光電開關相比CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉換后直接產(chǎn)生電流或電壓信號，信號讀取十分簡單。 2、數(shù)字數(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行光電轉換，將圖像轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字數(shù)據(jù)傳送的方式不同。 CCD傳感器敏一行中每一個像素的電荷數(shù)據(jù)都會依次傳送到下一個像素中，由最底端部分輸出，再經(jīng)由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出;而在CMOS傳感器中，每個像素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，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)在傳送時不會失真，因此各個像素的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進行放大處理，而CMOS工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長時會產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個像素的數(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)生電荷信號的能力。CCD的感光信號以行為單位傳輸，電路占據(jù)像素的面積比較小，這樣像素點對光的感受就高些;而CMOS圖像傳感器的每個像素由多個晶體管與一個感光二極管構成，使得每個像素的感光區(qū)域只占據(jù)像素本身很小的面積，像素點對光的感受就低。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、定時器和ADC等電路，每個像素都比CCD復雜，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)生電荷信號的能力。CCD的感光信號以行為單位傳輸，電路占據(jù)像素的面積比輕音樂上，這樣像素點對光的感受就高些;而CMOS圖像傳感器的每個像素由多個晶體管與一個感光二極管構成，使得每個像素的感光區(qū)域只占據(jù)像素本身很小的面積，像素點對光的感受就低，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、定時器和ADC等電路，每個像素都比CCD復雜，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CCD圖像傳感器的分辨率會優(yōu)于CMOS圖像傳感器。 5、成像質量。CCD電荷耦合器制作 技術起步早中，技術成熟，采用PN結或二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。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、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發(fā)展，為產(chǎn)生高密度優(yōu)質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。 6、噪聲。CCD與CMOS圖像傳感器在結構上的不同，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構，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關。由于CMOS圖像傳感器每個像元都需搭配一個放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的放大器。而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致。因此與只有一個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增加很多，這將會影響到圖像品質。 7、響應均勻性。理想狀態(tài)下各個像元在均勻光照條件下的輸出應當是相同的，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不均勻。響應均勻性包括有光照和無光照兩種環(huán)境條件。CMOS圖像傳感器電子每個像元中均有開環(huán)放大器，器件加工工藝的微小變化導致放大器的集團及增益產(chǎn)生可觀的差異且隨著像元尺寸進一步縮小，差異將進一步擴大，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改進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)境下器件響應的非均勻性，但是現(xiàn)在它仍然無法達到CCD的水平。這個高速應用中萬為重要，因為高速應用中由于信號弱，暗環(huán)境條件下的非均勻性將顯著降低圖像質量。 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數(shù)據(jù)。而CMOS圖像傳感器由于采用單點信號傳輸，通過簡單的X-Y尋址技術，允許從整個排列、部分甚至單元來讀出數(shù)據(jù)，從而提高尋址速度，實現(xiàn)更快的信號傳輸，而且能對局部像素圖像進行隨機訪問，增加了工作靈敏性。通常的CCD圖像傳感器的信號讀出速率不超過70pixels/s。CMOS圖像傳感器信號讀出速率可達1000Mpixels/s。 9、功耗。CMOS圖像傳感器的圖像采集方式為主動式，即感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由晶體管放大輸出;而CCD為被動式采集，必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。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計和而壓強度。由此可見，CCD需要外部控制信號和時鐘信獲得滿意的電荷轉移效率，還需要多個電源和電壓調(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，不僅相當于CCD功耗的1/8，在節(jié)能方面具有很大的優(yōu)勢，有利于延長便攜式、機載或星載電子設備的使用時間。 10、響應范圍。CMOS圖像傳感器除了對可見光敏感以外，對紅外光也非常第三，在890-9801ull范圍內(nèi)其靈敏度遠高于CCD圖像傳感器的靈敏度，并且隨波長增加其衰減的樣張度也相對較慢。如能設計制造出在1-3岬波長范圍內(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用。 11、可靠性。CMOS圖像傳感器和CCD在商用及工業(yè)應用領域具有等價的可靠性。在極端惡劣的應用環(huán)境中，由于CMOS圖像傳感器將大部分相機電路集成在一個芯片上，焊點與接頭大大減少，其可靠性要優(yōu)于CCD圖像傳感器。 |
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