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CCD和CMOS主要技術特性比較(下)

2015-11-03 10:01:46來源:太平洋安防網已被 人閱讀

內容摘要:微光成像(低照度成像)Low-lightOperation  當需要在微光下成像時,CCD和CMOS感光器采用的技術是不同的,在微光條件下,讀出放大器非常重要,CCD采用統..,下面將為大家詳細介紹“CCD和CMOS主要技術特性比較(下)”的相關內容。
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    微光成像(低照度成像)Low-lightOperation

  當需要在微光下成像時,CCD和CMOS感光器采用的技術是不同的,在微光條件下,讀出放大器非常重要,CCD采用統一的放大器讀出,相應的,一致性比CMOS要好。微光條件意味著信號和噪聲的量級接近,噪聲對圖像的質量影響會很大。每個CMOS感光器像素上的讀出放大器都是低帶寬放大器,比CCD感光器中用的高帶寬放大器噪聲更小,因此,可以通過提高信號增益來獲得更好的信噪比。而通常CCD比CMOS的填充因子要高,同樣條件下收集的電荷數會更多。同時CCD可以通過電荷倍增技術,在讀出前,通過多級的電荷倍增,每次增加小幅度增益,獲得更高的信噪比。此外,像素組合功能(Binning)也可以提高CCD的靈敏度,對N個像素進行Binning可將信噪比提升N倍。CMOS也可以進行類似的Binning,往往是對相鄰像素電壓信號進行采樣疊加,由于采樣也會引入一定的隨機噪聲,因此,CMOS中對N個像素進行Binning所得的信噪比的提升只能達到倍。

  非可見光成像OtherWavelenghs

  CCD和CMOS感光器在對可見光以外的光譜成像方面也有很大的不同,如紅外光(IR)射到傳感芯片上時會比可見光打得更深,因此要想充分收集這些電荷,就需要將硅襯底做得更厚些。這對于CCD芯片,在工藝上會容易些。而對于CMOS,工藝還會有些問題。將感光部分硅襯底做得更厚,意味著要將其他的光電二極管做得同樣厚,這樣會影響這些控制門、放大器等器件的性能。

  對于紫外光(UV),無法透過大多數集成電路電極層,或者是電路電機層對紫外線根本不響應。這就導致如果采用前照的方式,紫外光引起的響應會很弱,要解決這個效應問題,可以通過去掉基底層,采用背照的方式來實現。CCD感光器的減薄技術已經非常成熟,而CMOS的減薄技術也取得了很大的突破。

  CCD還是CMOS

  從CCD和CMOS感光器對電子快門、幀率、微光成像及非可見光成像的不同工藝技術所帶來的不同影響,可以不難看出,選擇CCD或CMOS傳感器應取決于具體應用。對于需要微光或非可見光成像的應用,CCD技術的優勢非常明顯;對于需要高幀率和低能耗的應用,或需要對一些感興趣區域成像的應用,CMOS則是更好的選擇;如果對電子快門有特別的需求,這兩種技術則各有利弊。

可以看到,對于交通抓拍而言,傳感器必須要Globalshutter的,這樣才能避免車牌的變形;同時,如果對夜間效果要求比較高,最好是選擇靈敏度高的傳感器(CCD或者高端CMOS芯片);而為了避免產生拖影擋住車牌,應選擇CMOS,以有效彌補這個缺陷;而對于視頻監控而言,圖像的實時性和流暢性更為重要,所以幀率更具優勢的CMOS就成為最佳選擇。

  針對交通抓拍和高清視頻監控,現在有廠商推出將各類主要成熟技術集成在高端CMOS傳感器上的整體解決方案。

  CMOS后勁勃發

  CCD和CMOS的主要區別是感光單元及讀出電路結構不同而導致制造工藝的不同。CCD感光單元實現光電轉換后,以電荷方式存貯并以電荷轉移的方式順序輸出,需要專用的工藝制程實現。CMOS圖像感光單元為光電二極管,可在通用CMOS集成電路工藝制程中實現,除此之外還可將圖像處理電路集成,實現更高的集成度和更低的功耗。

  由于CCD技術出現較早,相對成熟,占據了絕大部分的高端市場。早期CMOS與CCD相比,僅只功耗與成本優勢,現在隨著CMOS技術的不斷進步,性能已不斷提升,而CCD技術提升空間有限,進步緩慢。

  目前,圖像傳感器技術趨勢是向高速發展,而CMOS是高速成像所青睞的技術。有資料說,高速圖像傳感器有三大發展動向,一是向超高速、二是向單片上多功能集成、三是向通用高速圖像傳感器方向發展。

  現在,CMOS不僅占據幾乎全部的便攜產品和部分高端DSC(DigitalStillCamera)市場,更是向CCD傳統優勢市場——監控市場發起了沖擊。

  上述介紹只是想說明選擇CCD或CMOS要“量才錄用”,要根據應用的環境和要求來合適選擇CCD或CMOS技術的監控攝像機。這就要求工程和設備商不但要熟悉各類技術攝像機的性能和特點,還要對應用環境和要求進行周密考察,唯如此,才能達到監控的預期效果,否則只能是“事倍而功半”。

  最后,CMOS作為上升的感光傳感器技術,盡管現在仍有一些性能比不上CCD,但CCD和CMOS在制造上的主要區別是CCD是集成在半導體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上,工作原理沒有本質區別,CCD制造工藝較復雜。目前CCD和CMOS實際效果的差距已大大縮小,與CCD相比,CMOS體積小、耗電量低、成本低廉;CMOS是標準工藝制造,可利用現有半導體設備,品質可隨半導體技術的提升而進步;CMOS傳感器具有高度系統整合的條件,即圖像傳感器所需的功能,都可集成在一顆晶片上。綜上所說,CMOS后勁勃發是其發展的必然。
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