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CMOS传感器会完全替代CCD传感器吗?

时间:2023-04-26  09:40:21  来源: 深圳市轩展科技有限公司  浏览数: 91

据轩展科技的统计,SONY自动对焦摄像机从较早的系列开始就已经采用CMOS传感器,那么,采用CMOS传感器摄像机相比CCD传感器摄像机有哪些优势?它们之间又有怎样的区别与联系,CMOS传感器会完全替代CCD传感器吗?在这里一一为你揭晓。


CCD传感器对比CMOS传感器

CCD传感器对比CMOS传感器


一、CCDCMOS之间的联系

关于CMOS相对于CCD的相对优势,已有许多讨论。辩论一直持续了很久,只是并没有明确的结论。这并不奇怪,因为问题不是一成不变的。


技术和市场在发展,不仅影响技术上可行的东西,而且影响商业上可行的东西。成像器件的应用是多种多样的,同时需求和技术也在不断变化。


首先,CCD和CMOS成像均依靠光电效应从光产生电信号,两种类型的成像元件原理都是将光转换成电荷并将其处理成电子信号。


在CCD传感器中,每个像素的电荷都通过数量非常有限的输出节点(通常只有一个)传输,然后转换为电压,进行缓冲并作为模拟信号在芯片外发送。所有像素均可用于光捕获,并且输出的均匀性(图像质量的关键因素)很高。


在CMOS传感器中,每个像素都有其自己的电荷到电压的转换,并且该传感器通常还包括放大器,噪声校正和数字化电路,以便芯片输出数字信号。这些其他功能(较CCD而言)增加了设计复杂度,并减少了可用于捕获光的面积。每个像素进行转换时,均匀度会降低。


二、CCDCMOS传感器的区别


  1. 成像过程

CCDCMOS图像传感器光电转换的原理相同,他们最主要的差别在于信号的读出过程不同;由于CCD仅有一个(或少数几个)输出节点统一读出,其信号输出的一致性非常好;而CMOS芯片中,每个像素都有各自的信号放大器,各自进行电荷-电压的转换,其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号,要求输出放大器的信号带宽较宽,而在CMOS 芯片中,每个像元中的放大器的带宽要求较低,大大降低了芯片的功耗,这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。CMOS的耗电量仅为CCD1/81/10



2. 成本

由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺,可以轻易地将周边电路(AGCCDSTiming generatorDSP)集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本;而CCD采用电荷传递的方式传送数据,只要其中有一个像素不能运行,就会导致一整排的数据不能传送,因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多,即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平,因此,CCD传感器的制造成本会高于CMOS传感器。

 

  3. 集成性

  从制造工艺的角度看,CCD中电路和器件是集成在半导体单晶材料上,工艺较复杂,世界上只有少数几家厂商能够生产CCD晶元,如DALSASONY、 松下等。CCD仅能输出模拟电信号,需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理,并且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路,集成度非常低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的版单体材料上,这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺相同,因此生产CMOS的成本相对CCD低很多。同时CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上,只需一块芯片就可以实现摄像机的的所有基本功能,集成度很高,芯片级摄像机概念就是从这产生的。随着CMOS成像技术的不断发展,有越来越多的公司可以提供高品质的CMOS成像芯片。


  4. 速度

  CCD采用逐个光敏输出,只能按照规定的程序输出,速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制,读出速度快很多,大部分500fps以上的高速摄像机都是CMOS摄像机。此外CMOS的地址选通开关可以随机采样,实现子窗口输出,在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。


  5. 噪声

对于CMOS传感器,基于对降低功耗,增加集成度以及通过复用主流逻辑和存储器件降低制造成本等方面的考量。CMOS在实际生产中满足了上述期望,从而成为了成熟的主流技术。


在两者共存的情况下,CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。通过比较不同的情况,我们可以理解其中的技术折衷以及一些成本的考量,可以根据自身的实际需求来选择。



       FCB-EV9520L作为SONY新一代自动对焦摄像机芯,将于2023上半年面世销售,据透露,FCB-EV9520L采用了STARVIS 2 CMOS传感器,它在技术和性能上将来怎样的突破呢?我们拭目以待。



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