自動(dòng)化集成系統(tǒng)配套服務(wù)商-日弘智能今天為大家講講機(jī)器視覺中CCD與CMOS有什么區(qū)別?機(jī)器視覺中CCD與CMOS的基本知識。

　　CCD

　　機(jī)器視覺CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

　　CCD的比較顯著特點(diǎn)是：1.技術(shù)成熟;2.成像質(zhì)量高;3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大;4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像;5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確。

　　評價(jià)一個(gè)CCD傳感器好壞的指標(biāo)有很多，例如像素?cái)?shù)、CCD尺寸、信噪比等等。其中像素?cái)?shù)以及CCD的尺寸是最重要的指標(biāo)。像素?cái)?shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。

　　我們可以把我們所拍攝到的畫面理解為由很多個(gè)小的點(diǎn)組成，每個(gè)點(diǎn)就是一個(gè)像素。顯然，像素?cái)?shù)越多，畫面就會(huì)越清晰，如果CCD沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會(huì)大受影響。

　　因此，CCD的像素?cái)?shù)量應(yīng)該越多越好。但是為了得到更好的畫質(zhì)而增加了CCD的像素?cái)?shù)后又必定會(huì)導(dǎo)致一個(gè)問題，那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。

　　所以針對成本等一系列的問題，一種成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS傳感器橫空出世了。

　　CMOS

　　CMOS本是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資料。

　　CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶負(fù)電的N極和帶正電的P極的半導(dǎo)體，這兩個(gè)一正一負(fù)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和轉(zhuǎn)換成影像。后來發(fā)現(xiàn)CMOS經(jīng)過加工也可以作為數(shù)碼攝影中的圖像傳感器。

　　CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動(dòng)器、列驅(qū)動(dòng)器、時(shí)序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復(fù)位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。

　　CMOS的光電信息轉(zhuǎn)換功能與CCD的基本相似，區(qū)別就在于這兩種傳感器的光電轉(zhuǎn)換后信息傳送的方式不同。

　　CMOS構(gòu)成

　　CMOS具有讀取信息的方式簡單、輸出信息速率快、耗電省(僅為CCD芯片的1/10左右)、體積小、重量輕、集成度高、價(jià)格低等特點(diǎn)。

　　正是考慮到CMOS傳感器的制作成本以及成品率都要高于CCD傳感器，所以幾個(gè)知名廠商自2000年起就開始加大對CMOS這種傳感器的研發(fā)工作，目前CMOS的成長率已經(jīng)達(dá)到了幾倍于CCD的水平。

　　我們可以看到，即使在早期尼康公司的數(shù)碼單反產(chǎn)品中還會(huì)有一些型號的相機(jī)使用CCD傳感器，但是無論是尼康、索尼還是佳能在近幾年所推出的數(shù)碼相機(jī)里，我們基本已經(jīng)很難再看到CCD的蹤影了。

　　雖然使用CMOS傳感器會(huì)節(jié)約相機(jī)的成本，但是成像質(zhì)量對于相機(jī)來說仍然是最重要的，CMOS相比起CCD來說最大的致命傷就是畫質(zhì)，這是因?yàn)樵缙诘腃MOS有個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是在電流變化時(shí)頻率變快，因此不可避免的會(huì)產(chǎn)生熱量，最終造成畫面出現(xiàn)雜點(diǎn)影響成像質(zhì)量。

　　如果拿CCD和CMOS這兩種傳感器來比較的話，CCD這種傳感器的最大的優(yōu)點(diǎn)在于成像質(zhì)量高，而CMOS最大的優(yōu)點(diǎn)就在于成本低便于批量生產(chǎn)，而隨著CMOS的缺點(diǎn)在不斷的被完善。

　　目前一些中畫幅數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼后背仍然在使用CCD傳感器，這是因?yàn)椴煌a(chǎn)品對畫質(zhì)有著不同的要求，所以那些中畫幅的數(shù)碼產(chǎn)品也的價(jià)格也往往會(huì)高出普通數(shù)碼相機(jī)許多。

　　因此，可以說將來的相機(jī)市場的主要發(fā)展方向仍然會(huì)是以CMOS作為核心，并在這個(gè)基礎(chǔ)上不斷提高CMOS的分辨率以及靈敏度等等。

　　時(shí)代在進(jìn)步，節(jié)約成本是每個(gè)商家都在堅(jiān)持的經(jīng)商法則，CCD的未來不一定在相機(jī)市場里，在其他領(lǐng)域，CCD也會(huì)憑借著自身的優(yōu)勢而被廣泛的使用。

　　CCD與CMOS的比較

　　1、成像過程

　　CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料，因而受光后產(chǎn)生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：CCD 是在同步信號和時(shí)鐘信號的配合下以幀或行的方式轉(zhuǎn)移，整個(gè)電路非常復(fù)雜，讀出速率慢;CMOS 則以類似 DRAM的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

　　2、集成度

　　采用特殊技術(shù)的CCD讀出電路比較復(fù)雜，很難將A/D轉(zhuǎn)換、信號處理、自動(dòng)增益控制、精密放大和存儲(chǔ)功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個(gè)芯片組合實(shí)現(xiàn)，同時(shí)還需要一個(gè)多通道非標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。

　　借助于大規(guī)模集成制造工藝，CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數(shù)CMOS圖像傳感器同時(shí)具有模擬和數(shù)字輸出信號。

　　3、電源、功耗和體積

　　CCD 需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。CMOS 只需一個(gè)單電源(3V~5 V)供電，其功耗相當(dāng)于 CCD 的1/10，高度集成CMOS 芯片可以做的相當(dāng)小。

　　4、性能指標(biāo)

　　CCD 技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，而 CMOS 正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，雖然目前高端CMOS圖像質(zhì)量暫時(shí)不如CCD，但有些指標(biāo)(如傳輸速率等方面)已超過CCD。由于CMOS具有諸多優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)外許多機(jī)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用CMOS圖像傳感器開發(fā)出眾多產(chǎn)品。

　　總結(jié)

　　目前，隨著CMOS集成工藝的不斷進(jìn)步，一些CMOS芯片感光能力已不弱于同像素的CCD。而近年來背照式CMOS的產(chǎn)生與成熟，使其全面替代CCD成為市場上的主流趨勢。

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