CMOS傳感器會完全替代CCD傳感器嗎？

時間：2023-04-26  09:40:21  來源: 深圳市軒展科技有限公司  瀏覽數: 96

據軒展科技的統計，SONY自動對焦攝像機從較早的系列開始就已經采用CMOS傳感器，那么，采用CMOS傳感器攝像機相比CCD傳感器攝像機有哪些優勢？它們之間又有怎樣的區別與聯系，CMOS傳感器會完全替代CCD傳感器嗎？在這里一一為你揭曉。

CCD傳感器對比CMOS傳感器

一、CCD與CMOS之間的聯系

關于CMOS相對于CCD的相對優勢，已有許多討論。辯論一直持續了很久，只是并沒有明確的結論。這并不奇怪，因為問題不是一成不變的。

技術和市場在發展，不僅影響技術上可行的東西，而且影響商業上可行的東西。成像器件的應用是多種多樣的，同時需求和技術也在不斷變化。

首先，CCD和CMOS成像均依靠光電效應從光產生電信號，兩種類型的成像元件原理都是將光轉換成電荷并將其處理成電子信號。

在CCD傳感器中，每個像素的電荷都通過數量非常有限的輸出節點（通常只有一個）傳輸，然后轉換為電壓，進行緩沖并作為模擬信號在芯片外發送。所有像素均可用于光捕獲，并且輸出的均勻性（圖像質量的關鍵因素）很高。

在CMOS傳感器中，每個像素都有其自己的電荷到電壓的轉換，并且該傳感器通常還包括放大器，噪聲校正和數字化電路，以便芯片輸出數字信號。這些其他功能（較CCD而言）增加了設計復雜度，并減少了可用于捕獲光的面積。每個像素進行轉換時，均勻度會降低。

二、CCD與CMOS傳感器的區別

　　1. 成像過程

CCD與CMOS圖像傳感器光電轉換的原理相同，他們最主要的差別在于信號的讀出過程不同;由于CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節點統一讀出，其信號輸出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每個像素都有各自的信號放大器，各自進行電荷-電壓的轉換，其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號，要求輸出放大器的信號帶寬較寬，而在CMOS 芯片中，每個像元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，這就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。CMOS的耗電量僅為CCD的1/8到1/10。

2. 成本

由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節省外圍芯片的成本；而CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個像素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的制造成本會高于CMOS傳感器。

　　3. 集成性

　　從制造工藝的角度看，CCD中電路和器件是集成在半導體單晶材料上，工藝較復雜，世界上只有少數幾家廠商能夠生產CCD晶元，如DALSA、SONY、 松下等。CCD僅能輸出模擬電信號，需要后續的地址譯碼器、模擬轉換器、圖像信號處理器處理，并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路，集成度非常低。而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的版單體材料上，這種工藝與生產數以萬計的計算機芯片和存儲設備等半導體集成電路的工藝相同，因此生產CMOS的成本相對CCD低很多。同時CMOS芯片能將圖像信號放大器、信號讀取電路、A/D轉換電路、圖像信號處理器及控制器等集成到一塊芯片上，只需一塊芯片就可以實現攝像機的的所有基本功能，集成度很高，芯片級攝像機概念就是從這產生的。隨著CMOS成像技術的不斷發展，有越來越多的公司可以提供高品質的CMOS成像芯片。

　　4. 速度

　　CCD采用逐個光敏輸出，只能按照規定的程序輸出，速度較慢。CMOS有多個電荷-電壓轉換器和行列開關控制，讀出速度快很多，大部分500fps以上的高速攝像機都是CMOS攝像機。此外CMOS的地址選通開關可以隨機采樣，實現子窗口輸出，在僅輸出子窗口圖像時可以獲得更高的速度。

　　5. 噪聲

對于CMOS傳感器，基于對降低功耗，增加集成度以及通過復用主流邏輯和存儲器件降低制造成本等方面的考量。CMOS在實際生產中滿足了上述期望，從而成為了成熟的主流技術。

在兩者共存的情況下，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。通過比較不同的情況，我們可以理解其中的技術折衷以及一些成本的考量，可以根據自身的實際需求來選擇。

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