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CCD与CMOS在技术上的区别

CCD与CMOS在技术上的区别

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 CCD与CMOS 两者都是利用感光二极管( photodiode )来进行光电转换的技术,也就是将影像从类比表现转换成数码形式,而其主要差异就在于资料传送方式的不同。CCD影像传感器中每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中,并由最底端部分输出,再经由影像传感器边缘的放大器进行放大输出,简单的说,当CCD表面接受到因快门开启,而从镜头进来的光线照射时, 即会将光线的能量转换成电荷,光线越强、电荷也就越多,这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。
引用:

CCD与CMOS电路结构的比较
 CCD元件上内建有通道线路,借以将这些电荷传输至放大解码元件,使之能还原所有CCD上感光元件产生的信号,并构成了一幅完整的画面。由于此一特性,使得CCD被广泛应用在数码相机与扫瞄器上,并成为目前最大宗之感光元件来源;而在CMOS影像传感器中,每个像素都会接邻一个放大器及A/D转换电路,用类似存储器电路的方式进行资料输出的动作。

 这两种不同感光元件在画质上表现造成差异的原因在于:CCD的特殊架构可确保证影像资料在传送时不会失真,各个像素的资料可汇聚至边缘再进行放大处理;而CMOS架构之下,资料在传送距离较长时会产生噪声,也就是常见的噪点,因此,必须预先做放大的动作,再整合各个像素的资料。

 而在功耗方面,CMOS影像传感器的影像采集方式为主动式,感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出,但CCD影像传感器为被动式采集,需外加电压让每个像素中的电荷移动,而此外加电压通常需要达到12~18V;因此,CCD影像传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC),高驱动电压更使其功耗远高于CMOS影像传感器的水平。

 虽然就目前来说,CCD在质量上超越CMOS,但是在功耗、元件成本与尺寸大小上,却不如 CMOS,在需要低耗电、小尺寸、高整合且低成本的影像传感器时,CMOS便成为首选方案。
引用:

cmos影像传感器的结构。


CCD影像传感器的结构
 在CMOS的画质方面也是潜力无穷。 Fill factor CMOS属于CMOS感测元件中最先进的工艺技术。最大的差别在于提高 Fill Factor(单一像素中可吸收光的面积对整个像素的比例),有效做到提升敏感度、并且放大CMOS面积(可达全片幅)以及降低噪声的影响。我们将 Fill Factor CMOS与CCD感测元件比较发现,CCD受限于良率和结构工艺,面积越小,像素越高,相对成本也就越低;Fill Factor CMOS刚好相反,由于感光开口加大,FF CMOS可以挑战更高像素,更大面积(全片幅),甚至就产出比例来说,FF CMOS单一晶圆的附加价值更大。不过这个技术主要是应用于高阶单反相机。

 在一般数码相机方面,目前仍是CCD为主流,由于CCD(Charge Coupled Device;电荷耦合元件)的生产技术主要集中在少数日系厂商中,CCD虽然在解像度拥有较佳的表现能力,不过CMOS技术在经过加强之后,理论上也具有与CCD技术一较长短的能力。CCD大厂Sony早已跨足CMOS感测元件领域,并将之应用于高阶的DSC产品中,比如说Nikon D2X APS便是使用Sony的CMOS影像感光元件。除了Nikon以外,Canon发布的各款DSLR相机中,包含EOS 30D、5D、10D等,以及拥有全片幅尺寸、像素数在1000万以上的EOS 1Ds都采用了CMOS感光元件。虽然CCD仍占据有一般消费型数码相机的绝大部分市场,但是高阶机种已经逐渐往CMOS的方向倾斜。
引用:

CMOS影像传感器的Micro Lens结构
 为了实现像素大小的微缩需求,目前的CMOS影像传感器处理技术正变得越来越独特。其方法之一便是建构微透镜(Micro Lens),借以将更多的光线聚焦在更小的光电二极管上。而在前端制造工艺,也可以采用更敏感、噪声更低的感光二极管。

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现在COMS占据天下了
我想,只有时光的流逝才是让我们真正痛心的事。

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