CCD和CMOS:高光譜相機圖像傳感器的區別
發布時間:2023-08-03
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CCD和CMOS是高光譜相機中的圖像傳感器類型。那么,這兩種傳感器有一樣嗎?本文結合實際情況,簡單總結了CCD和CMOS這兩種圖像傳感器的區別。
CCD和CMOS是高光譜相機中的圖像傳感器類型。那么,這兩種傳感器有一樣嗎?本文結合實際情況,簡單總結了CCD和CMOS這兩種圖像傳感器的區別。
CCD和CMOS圖像傳感器是什么?
1.?CCD圖像傳感器
CCD是指電荷耦合器件,是一種用電荷量表示信號大小,用耦合方式傳輸信號的探測元件,具有自掃描、感受波譜范圍寬、畸變小、體積小、重量輕、系統噪聲低、功耗小、壽命長、可靠性高等一系列優點,并可做成集成度非常高的組合件。
2.?CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數據總線輸出接口、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位、光電轉換、積分、讀出幾部分。
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CCD和CMOS圖像傳感器的區別
由于數據傳送方式不同,因此CCD與CMOS傳感器在效能與應用上也有諸多差異,這些差異包括:
1.?靈敏度差異
由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路),使得每個象素的感光區域遠小于象素本身的表面積,因此在象素尺寸相同的情況下,CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。
2.?成本差異
由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝,可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到傳感器芯片中,因此可以節省外圍芯片的成本;除此之外,由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據,只要其中有一個象素不能運行,就會導致一整排的數據不能傳送,因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多,即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破 50%的水平,因此,CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。
3.?分辨率差異
如上所述,CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜,其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平,因此,當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時,CCD傳感器的分辨率通常會優于CMOS傳感器的水平。例如,目前市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平(OmniVision的 OV2610,2002年6月推出),其尺寸為1/2英寸,象素尺寸為4.25μm,但Sony在2002年12月推出了ICX452,其尺寸與 OV2610相差不多(1/1.8英寸),但分辨率卻能高達513萬象素,象素尺寸也只有2.78mm的水平。
4.?噪聲差異
由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器,而放大器屬于模擬電路,很難讓每個放大器所得到的結果保持一致,因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比,CMOS傳感器的噪聲就會增加很多,影響圖像品質。
5.?功耗差異
CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式,感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出,但CCD傳感器為被動式采集,需外加電壓讓每個象素中的電荷移動,而此外加電壓通常需要達到12~18V;因此,CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加 power IC),高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。舉例來說,OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA),在 30 fps的速度下運行,功耗僅為40mW;而致力于低功耗CCD傳感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等級的產品,其功耗卻仍保持在90mW 以上,雖然該公司近期將推出35mW的新產品,但仍與CMOS傳感器存在差距,且仍處于樣品階段。
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