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CCD图像传感器和CMOS图像传感器的区别详解

深圳市科瑞特自动化技术有限公司 2023-10-11 08:08 次阅读

CCD传感器和CMOS传感器是目前最常见的两种数字图像传感器,广泛运用于各类工业相机,个人数码相机,手机相机及摄像机等数字成像产品。本文谈CCD图像传感器和CMOS图像传感器的区别。

什么是CCD传感器?

CCD(ChargeCoupledDevice),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。与胶卷的原理相似,光线穿过一个镜头,将图形信息投射到CCD上。但与胶卷不同的是,CCD既没有能力记录图形数据,也没有能力永久保存下来,甚至不具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器,一个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡)。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。

什么是CMOS成像传感器?

CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor),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。它是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导所需的大量资料。CMOS型图像传感器及互补金属氧化物场效应管。其工作原理是,外界光照射到像素阵列后,发生光电效应,在像素单元内产生相应的电荷,最后转换成数字图像输出。CMOS技术为当今的许多电子设备提供动力,包括电池,微处理器,数字和智能手机相机。与CCD传感器不同,CMOS传感器不需要特殊的制造技术。

由于二者结构的不同,导致两者在性能方面也各有所长

CMOS:响应快,功耗低,噪点高,不均匀,画质受噪声影响多,ISO较小

CCD:响应慢,功耗高,噪点低,均匀,画质高,ISO较高

与较新的CMOS传感器不同,CCD传感器需要特殊的制造,而这通常更昂贵。因此,CCD传感器通常具有非常高的质量和光敏感性,能够以较低的噪音提供清晰的图像。

CMOS传感器制造和使用大多数微处理器使用的传统制造技术便宜。他们也被认为是更好的能源效率。根据Jacob Fraden的“现代传感器手册”,CCD传感器可以消耗高达100倍的相对CMOS图像传感器的功率。

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.速度:CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息,速度较慢;而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同时处理各单元的图像信息,速度比CCD电荷耦合器快很多。

3.电源及耗电量:CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电,耗电量较大;CMOS光电传感器只需使用一个电源,耗电量非常小,仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。

4.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。近年,随着CMOS电路消噪技术的不断发展,为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

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