CMOS图像传感器与CCD图像传感器有什么不同?各有什么优缺点?
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感光元件工作原理
电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。
CCD和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本厂商。
互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
两种感光元件的不同之处
由两种感光元件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。同时,这几年来,CCD从30万像素开始,一直发展到现在的600万,像素的提高已经到了一个极限。
在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止,市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上,若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器,厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传,甚至冠以“数码相机”之名。一时间,是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。
电荷藕合器件图像传感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一种高感光度的半导体材料制成,能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。
CCD和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本厂商。
互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
两种感光元件的不同之处
由两种感光元件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。同时,这几年来,CCD从30万像素开始,一直发展到现在的600万,像素的提高已经到了一个极限。
在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止,市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上,若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器,厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传,甚至冠以“数码相机”之名。一时间,是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。
简测智能技术
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CMOS图像传感器和CCD图像传感器都是将光信号转换成电信号的半导体器件,两者都是数码相机中常用的图像传感器。
主要区别:
工作原理: CCD传感器采用逐行扫描方式读取图像信息,而CMOS传感器采用逐个像素读取图像信息。
功耗: CMOS传感器的功耗比CCD传感器低。
速度: CMOS传感器的读取速度比CCD传感器快。
成本: CMOS传感器的成本比CCD传感器低。
图像质量: 在相同分辨率下,CCD传感器的图像质量通常比CMOS传感器好。
优点:
高感光度,适合低光照环境拍摄
宽动态范围,适合明暗对比度大的场景
高色彩还原度
缺点:
功耗大
速度慢
成本高
优点:
功耗低
速度快
成本低
缺点:
感光度相对较低
动态范围相对较窄
色彩还原度相对较低
CCD图像传感器: 高端数码相机、天文相机、医用影像设备等
CMOS图像传感器: 手机相机、数码相机、摄像机、监控摄像头等
优缺点:
CCD图像传感器:
CMOS图像传感器:
应用:
总结:
两种图像传感器各有优缺点,选择哪种传感器需要根据实际应用场景来决定。
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CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor),互补金属氧化物半导体,电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。
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1) 制作工艺不同,CCD的制作工艺较为复杂,而CMOS的制作工艺简单的多;
2) 信号传输方式不同,CCD是靠电荷的转移传输的,而CMOS是靠模拟开关将信号传输出来的;
3) CCD图像传感器得外加驱动器提供驱动脉冲才能获得图像信号,必须靠片外采集卡完成数字化,而CMOS图像传感器芯片本身不但能够输出图像信号,还能够完成数字化,用起来较为简单;
4) CCD图像信号必须按一定的规则输出,而CMOS可以根据需要输出部分位置或面积的图像信号。
2) 信号传输方式不同,CCD是靠电荷的转移传输的,而CMOS是靠模拟开关将信号传输出来的;
3) CCD图像传感器得外加驱动器提供驱动脉冲才能获得图像信号,必须靠片外采集卡完成数字化,而CMOS图像传感器芯片本身不但能够输出图像信号,还能够完成数字化,用起来较为简单;
4) CCD图像信号必须按一定的规则输出,而CMOS可以根据需要输出部分位置或面积的图像信号。
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数码相机的成像器件主要分为两类:
CCD——英文Charge Couple Device的缩写,中文名称“电荷耦合器件”。
CCD技术成熟,成像质量好,但是耗电量大,工艺复杂,成本较高,像素提升难度大。
使用CCD的相机,代表品牌“尼康”
CMOS——英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写,中文名称为“互补金属氧化物半导体”。
CMOS的成本低廉,制造工艺简单,耗电量低;缺点在于连续成像动作较多的情况下产生一种杂波,它可能会影响画质。 (这个缺点在相机上基本是被有效控制的)
使用CMOS的相机,代表品牌“佳能”,因为佳能和柯达是最早研发使用CMOS传感器的。
从高端的单反市场上看,CMOS传感器将要代替CCD是不争的事实,原先用CCD的老大哥尼康和近几年在市场上活跃的索尼,他们的在自己的顶级相机上,如尼康 D3X、索尼 A900,都以改用CMOS为感光元件。
CCD——英文Charge Couple Device的缩写,中文名称“电荷耦合器件”。
CCD技术成熟,成像质量好,但是耗电量大,工艺复杂,成本较高,像素提升难度大。
使用CCD的相机,代表品牌“尼康”
CMOS——英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写,中文名称为“互补金属氧化物半导体”。
CMOS的成本低廉,制造工艺简单,耗电量低;缺点在于连续成像动作较多的情况下产生一种杂波,它可能会影响画质。 (这个缺点在相机上基本是被有效控制的)
使用CMOS的相机,代表品牌“佳能”,因为佳能和柯达是最早研发使用CMOS传感器的。
从高端的单反市场上看,CMOS传感器将要代替CCD是不争的事实,原先用CCD的老大哥尼康和近几年在市场上活跃的索尼,他们的在自己的顶级相机上,如尼康 D3X、索尼 A900,都以改用CMOS为感光元件。
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