ccd傳感器和cmos區(qū)別

ccd傳感器簡(jiǎn)介

電荷耦合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來(lái)修改圖像。

cmos簡(jiǎn)介

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）的縮寫。它是指制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來(lái)的芯片，是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。因?yàn)榭勺x寫的特性，所以在電腦主板上用來(lái)保存BIOS設(shè)置完電腦硬件參數(shù)后的數(shù)據(jù)，這個(gè)芯片僅僅是用來(lái)存放數(shù)據(jù)的。

電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。而對(duì)BIOS中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定要通過(guò)專門的程序。BIOS設(shè)置程序一般都被廠商整合在芯片中，在開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)特定的按鍵就可進(jìn)入BIOS設(shè)置程序，方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。因此BIOS設(shè)置有時(shí)也被叫做CMOS設(shè)置。

CMOS和CCD傳感器原理區(qū)別

CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。 這種轉(zhuǎn)換的原理與 “太陽(yáng)能電池”效應(yīng)相近，光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng)；反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號(hào)。

比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡(jiǎn)單的說(shuō)，CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素（pixel）的電荷信號(hào)依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出；相對(duì)地，CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著ADC（放大兼類比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器），訊號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以看出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真（專屬通道設(shè)計(jì)），透過(guò)每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒(méi)有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。

CMOS和CCD傳感器差異

整體來(lái)說(shuō)，CCD與CMOS兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異。

工作原理差異

CCD在工作時(shí)，上百萬(wàn)個(gè)像素感光后會(huì)生成上百萬(wàn)個(gè)電荷，所有的電荷全部經(jīng)過(guò)一個(gè)“放大器”進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)變，形成電子信號(hào)，因此，這個(gè)“放大器”就成為了一個(gè)制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出，就像千軍萬(wàn)馬從一座橋上通過(guò)，當(dāng)數(shù)據(jù)量大的時(shí)候就發(fā)生信號(hào)“擁堵”，而百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)格式卻恰恰需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，因此，在安防監(jiān)控產(chǎn)品中使用單CCD無(wú)法滿足高速讀取高清數(shù)據(jù)的需要。而CMOS則不同，每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)單獨(dú)的放大器轉(zhuǎn)換輸出，因此CMOS沒(méi)有CCD的“瓶頸”問(wèn)題，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，輸出高清影像，因此也能都滿足高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的需求。

ISO感光度差異

由于CMOS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過(guò)多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。

成本差異

CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障（Fail），就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無(wú)法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。

解析度差異

在第一點(diǎn)“感光度差異”中，由于 CMOS 每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開(kāi)口不及CCD大， 相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過(guò)，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬(wàn) 像素/全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS技術(shù)在良率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm 這樣的大小。

噪點(diǎn)差異

由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC放大器，如果以百萬(wàn)像素計(jì)，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。

耗電量差異

CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動(dòng)式， 必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD的電量大約是CMOS的3到10倍。CCD礙于原理特性，無(wú)法與時(shí)序電路、控制電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等相關(guān)芯片電路一同整合封裝，而CMOS卻可以，因此在功能體積上CMOS能比CCD更小。CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)，使得攝像機(jī)的體積也就做得更小。

CMOS和CCD傳感器的應(yīng)用

CCD在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認(rèn)的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。由于數(shù)碼影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨，成為廠商的最愛(ài)，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得 CCD 與 CMOS 兩者的差異逐漸縮小 。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看：CMOS的發(fā)展空間要大得多，CCD則受到制造工藝的局限，發(fā)展空間有限。

CCD與CMOS圖像傳感器的六大硬件技術(shù)指標(biāo)

像素：
傳感器上有許多感光單元，它們可以將光線轉(zhuǎn)換成電荷，從而形成對(duì)應(yīng)于景物的電子圖像。而在傳感器中，每一個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素（Pixels），像素越多，代表著它能夠感測(cè)到更多的物體細(xì)節(jié)，從而圖像就越清晰，像素越高，意味著成像效果越清晰。

靶面尺寸：
圖像傳感器感光部分的大小，一般用英寸來(lái)表示。和電視機(jī)一樣，通常這個(gè)數(shù)據(jù)指的是這個(gè)圖像傳感器的對(duì)角線長(zhǎng)度，如 常見(jiàn)的有1/3英寸，靶面越大，意味著通光量越好，而靶面越小則比較容易獲得更大的景深。
比如1/2英寸可以有比較大的通光量，而1/4英寸可以比較容易獲得較大的景深?！标P(guān)聯(lián)一下我們中維世紀(jì)的產(chǎn)品：100W產(chǎn)品是1/4英寸，130W是1/3英寸，200W是1/2.7英寸，大家從畫面上就能感知到上面提到的靶面尺寸的不同帶來(lái)的圖像畫質(zhì)的變化。

感光度：
即是通過(guò)CCD或CMOS以及相關(guān)的電子線路感應(yīng)入射光線的強(qiáng)弱。感光度越高，感光面對(duì)光的敏感度就越強(qiáng)，快門速度就越高，這在拍攝運(yùn)動(dòng)車輛，夜間監(jiān)控的時(shí)候尤其顯得重要。
這就是解釋了為什么不同的攝像機(jī)夜視會(huì)有很大差別，感光度的單位是V/LUX-SEC，V（伏）就是我們通常說(shuō)的電壓的單位，LUX-SEC：是光強(qiáng)弱的單位，這個(gè)比值越大，夜視效果越好。

電子快門：
是比照照相機(jī)的機(jī)械快門功能提出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。其控制圖像傳感器的感光時(shí)間，由于圖像傳感器的感光值就是信號(hào)電荷的積累，感光越長(zhǎng)，信號(hào)電荷積累時(shí)間也越長(zhǎng)，輸出信號(hào)電流的幅值也越大。電子快門越快，感光度越低，適合在強(qiáng)光下拍攝。

幀率：
既指單位時(shí)間所記錄或者播放的圖片的數(shù)量。連續(xù)播放一系列圖片就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)畫效果，根據(jù)人類的視覺(jué)系統(tǒng)，當(dāng)圖片的播放速度大于15幅/秒（即15幀）的時(shí)候， 人眼就基本看不出來(lái)圖片的跳躍；在達(dá)到24幅/s～30幅/s（即24幀到30幀）之間時(shí)就已經(jīng)基本覺(jué)察不到閃爍現(xiàn)象了。
每秒的幀數(shù)（fps）或者說(shuō)幀率表示圖形傳感器在處理場(chǎng)時(shí)每秒鐘能夠更新的次數(shù)。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的視覺(jué)體驗(yàn)。

信噪比：
是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，信噪比的單位用dB來(lái)表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。
信噪比的典型值為45～55dB，若為50dB，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60dB，則圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，不出現(xiàn)噪聲，信噪比越大說(shuō)明對(duì)噪聲的控制越好。這個(gè)參數(shù)關(guān)系的圖像中噪點(diǎn)的數(shù)量，信噪比越高，給人感覺(jué)畫面越干凈，夜視的畫面中點(diǎn)狀的噪點(diǎn)就越少。

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