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什么是CMOS图像传感器?CMOS和CCD的区别

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CMOS传感器和CCD传感器是目前相机产品上常见的两种数字图像传感器,被广泛应用于各种工业相机、个人数码相机、手机相机和摄像机等数字成像产品。那么什么是CMOS图像传感器?CMOS和CCD的区别是什么?

CMOS图像传感器

一、什么是CMOS图像传感器

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),即“互补金属氧化物半导体”,这是一种为集成电路供电的技术,用于将光子转换为电子进行数字处理。CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺,可将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块芯片上。由于具有上述特点,它适合大规模批量生产,适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用,如保安用小型、微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。

二、CMOS图像传感器的工作原理

CMOS图像传感器通过在芯片中嵌入数百万个微小的传感器实现对光的检测。当光线进入传感器时,电荷被储存在每个传感器单元的电容器中,并逐渐减少。当芯片上的控制电路启动时,将逐行读取每个传感器单元内的电荷,然后将它们转换为数字信号并存储在内存中,这样就可以在显示器上显示图像了。

三、什么是CCD传感器

 CCD(Charge-coupledDevice),即“电荷耦合器件”,它是数字和机器视觉相机中用于捕捉静止和移动物体的一种传感器,以百万像素为单位。数码相机规格中的多少百万像素,指的就是CCD的分辨率。CCD是一种感光半导体芯片,用于捕捉图形,广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。在CMOS图像传感器引入之前,CCD传感器被工业机器视觉系统广泛用于质量检查,检查和控制。

CCD传感器

四、CMOS与CCD的区别

CMOS与CCD是两种不同的图像传感技术,其主要区别在于信息读取方式、信噪比、动态范围、成像速度、成像质量和功耗等方面。

1、信息读取方式

CCD电荷耦合器存储的电荷信息,需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取,电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合,整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号,信号读取十分简单。

2、信噪比

与CCD相比,CMOS图像传感器具有更低的信噪比。信噪比是由于噪声和信号误差的影响而引起的传感器产生干扰信号的比率。CMOS传感器的噪声比CCD更高,但与之相对应的,CMOS传感器还具有更高的动态范围和低频噪声。这是因为每个CMOS单元都带有一个放大器,可以降低单元噪声,并提高其输出电压。

3、动态范围

CMOS图像传感器的动态范围也比CCD更高。动态范围是图像传感器在相对较暗和相对较亮的环境下所能记录的亮度变化范围。CMOS传感器不仅可以快速捕捉强光,而且还可以更好地处理鲜明的阴影和中间色调。

4、成像速度

相比之下,CMOS图像传感器的成像速度更快,这是由于CMOS传感器的每个单元都包含其恰当的放大器和逻辑开关,可以进行信号放大和处理。因此,CMOS传感器可以逐行快速读取每个传感器单元的电荷,并将其直接转换为数字信号。而CCD的成像速度相对较慢,因为需要大量平移寄存器完成电荷转移。

5、成像质量

CCD电荷耦合器制作技术起步早,技术成熟,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。由于CMOS光电传感器集成度高,各光电传感元件、电路之间距离很近,相互之间的光、电、磁干扰较严重,噪声对图像质量影响很大,使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。

6、功耗

CMOS传感器功耗相对较低。因为每个单元的放大器只会在必要的时候被激活,并且整个芯片上的电路只会在芯片工作时才会被启动,有效降低功耗。

CMOS与CCD的区别

总结:CMOS图像传感器是一种较新的技术,其优点在于高速成像、低功耗和高动态范围。与之相比,CCD传感器具有较低的信噪比和较慢的成像速度。基于不同的应用需求,人们可以选择适合的传感器类型。

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