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CCD和CMOS哪個好?

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2013-07-26  來源:實驗室資訊網(wǎng)
核心提示: 最近經(jīng)常有網(wǎng)友咨詢CCD和CMOS到底有什么區(qū)別?買數(shù)碼相機是不是CCD比CMOS好?其實細心的網(wǎng)友只要隨意的在百度上收一下就會發(fā)現(xiàn)
      最近經(jīng)常有網(wǎng)友咨詢CCD和CMOS到底有什么區(qū)別?買數(shù)碼相機是不是CCD比CMOS好?其實細心的網(wǎng)友只要隨意的在百度上收一下就會發(fā)現(xiàn)CCD和CMOS制作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別,CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論,但一般而言,普及型的數(shù)碼相機中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些,因為CCD是集成在半導體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上,因為CMOS結(jié)構(gòu)相對簡單,與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同,從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上,CMOS的信號是以點為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現(xiàn)在高級的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工藝還不是十分成熟,普通的CMOS一般分辨率低而成像較差。
CCD介紹
  CCD是由為數(shù)眾多的微小光電二極管及譯碼尋址電路構(gòu)成的固態(tài)電子感光成像部件。光電二極管的排列方式有兩種。一種是平面陣列,多個光電二極管排列成一個平面,同時感受光信號(色彩、強度等),工作原理與傳統(tǒng)的膠卷相似,這種方式感光速度快,但造價高。另一種是條狀陣列,多個光電二極管排列成一條直線,逐行進行感光成像,并逐行把光信號傳輸?shù)綌?shù)碼相機的存儲介質(zhì)中,工作原理與掃描儀相似。這種方式感光時間長,但工藝簡單,成像質(zhì)量較高。
CMOS介紹
  CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor),它的中文名稱是“互補性氧化金屬半導體”。主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶-電)和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。同樣,CMOS的尺寸大小影響感光性能的效果,面積越大感光性能越好。CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點, 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像時,由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。不過現(xiàn)在量產(chǎn)的高檔CMOS已經(jīng)基本消除了此類問題。
對比:
 整體來說,CCD 與 CMOS兩種設(shè)計的應(yīng)用,反應(yīng)在成像效果上,形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪點與耗電量等,不同類型的差異:
  ISO 感光度差異:由于 CMOS 每個像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路,過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積,因此 相同像素下,同樣大小之感光器尺寸,CMOS的感光度會低于CCD。
  成本差異:CMOS 應(yīng)用半導體工業(yè)常用的 MOS制程,可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中,節(jié)省加工晶片所需負擔的成本 和良率的損失;相對地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須另辟傳輸通道,如果通道中有一個像素故障(Fail),就會導致一整排的 訊號壅塞,無法傳遞,因此CCD的良率比CMOS低,加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊,CCD的制造成本相對高于CMOS。
  解析度差異:在第一點“感光度差異”中,由于 CCMOS 每個像素的結(jié)構(gòu)比 CCD 復(fù)雜,其感光開口不及CCD大, 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時,CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過,如果跳脫尺寸限制,目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達到1400萬 像素 / 全片幅的設(shè)計,CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難,特別是全片幅 24mm-by-36mm 這樣的大小。
  噪點差異:由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個 ADC 放大器,如果以百萬像素計,那么就需要百萬個以上的 ADC 放大器,雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品,但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在,很難達到放大同步的效果,對比單一個放大器的CCD,CMOS最終計算出的噪點就比較多。
  耗電量差異:CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式,感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式, 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伏特(V)以上的水平,因此 CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計和耐壓強度,高驅(qū)動電壓使 CCD 的電量遠高于CMOS。
 CMOS與CCD的爭論由來已久,其感光器是數(shù)碼相機的核心,也是最關(guān)鍵的技術(shù)。目前數(shù)碼相機的感應(yīng)器只有CCD感應(yīng)器和CMOS感應(yīng)器。到目前為止,市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝想頭和簡易電腦相機上,若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝想頭使用CCD感應(yīng)器,廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳,甚至冠以“數(shù)碼相機”之名。一時間,是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的標準之一。來看看這兩種感光器的原理:CCD(Charge Coupled Device ,感光耦合組件),是一種可以記錄光線變化的半導體組件。由許多感光單位組成,通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時,每個感光單位會將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起,就構(gòu)成了一幅完整的畫面。CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補性氧化金屬半導體)和CCD一樣同為在數(shù)字相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶 – 電) 和 P(帶 + 電)級的半導體,這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。
盡管CCD在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS,但不可否認的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。由于數(shù)碼影像的需求熱烈,CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨,成為廠商的最愛,也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新,使得CCD與CMOS兩者的差異逐漸縮小。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進目標,以期進入照相手機的行動通訊市場;CMOS系列,則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合,藉由后續(xù)的影像處理修正噪點以及畫質(zhì)表現(xiàn),目前的情況是,許多低檔入門型的數(shù)碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片,成像質(zhì)量比較差。普及型、高級型及專業(yè)型數(shù)碼相機使用不同檔次的CCD,個別專業(yè)型或準專業(yè)型數(shù)碼相機使用高級的CMOS芯片。代表成像技術(shù)X3芯片實際也是一種CMOS芯片。CCD可以說是近幾年來壟斷了整個消費DC市場,不過也正因為CCD天生的限制,使得DC很難實現(xiàn)全像素高速連拍和1080p攝錄;CMOS技術(shù)這幾年得到長足的發(fā)展,畫質(zhì)和控噪得到大幅提升,同時也具備了高速連拍的能力,而隨著尼康、索尼開始在單反上使用CMOS,也說明了CMOS的技術(shù)正在得到認可。
 說到底CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論,但一般而言,普及型的數(shù)碼相機中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。
編輯:songjiajie2010

 
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關(guān)鍵詞: CCD CMOS 熒光顯微鏡
 

 
 
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