CCD相机与CMOS相机的区别

日期:2022-03-15

1.成像过程

CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理是一样的,他们最主要的差别在于信号的读出过程不一样;因为CCD仅有一个(或少数几个)输出节点统一读出,其信号输出的一致性非常不错;而CMOS芯片中,每个像素都是有各自的信号放大器,各自进行电荷-电压的转换,其信号输出的一致性较差。但CCD为了读出整幅图像信号,要求输出放大器的信号带宽较宽,而在CMOS芯片中,每个像元中的放大器的带宽要求较低,极大降低了芯片的功耗,这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗,但数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声,这又是CMOS相对CCD的固有劣势。

2.集成性

从制造工艺的角度看,CCD中电路和器件是集成在半导体单晶材料上,工艺较复杂,世界上仅有少数几家厂商可以生产CCD晶元。CCD仅能输出模拟电信号,需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理,而且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路,集成度相对比较低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的半导体材料上,这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺是一样的,因而生产CMOS的成本相对CCD低好多。与此同时CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上,只需一块芯片就可以实现相机的的所有基本功能,集成度很高,芯片级相机概念就是从这产生的。伴随着CMOS成像技术的不断地发展,有越来越多的公司还可以提供高品质的CMOS成像芯片。

3.速度

CCD采用逐个光敏输出,只能按照规定的程序输出,速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制,读出速度快好多,大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。除此之外CMOS的地址选通开关还可以随机采样,实现子窗口输出,在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。

4.噪声

CCD技术发展较早,相对比较成熟,采用PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声,成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。

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