小芯片有大功能——监控摄像机的眼睛CCD

2011-06-21 20:50:41来源: 中关村在线 关键字:芯片  监控摄像机  CCD

  对于监控摄像机来说,CCD是最核心的部件,相当于监控摄像机的眼睛。被摄物体的图像经过镜头聚焦至 CCD芯片上, CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷,各个像素积累的电荷在视频时序的控制下,逐点外移,经滤波、放大处理后,形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。

  CCD是 Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写,它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

  按照成像色彩、分辨率、灵敏度以及靶面尺寸的不同有不同的分类。一般来说,大的 CCD 芯片,其相应的象素面积也较大,接收所摄光的面积增大,必然使象素输出电荷增多,灵敏度上升,在弱光条件下具有较好的拍摄能力,容易使摄像机整体质量提高,图像细部明显细腻自然。而光学系统聚焦影像时的焦平面越小,则成像过程中丢失的细节就越多,得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象,显得不自然。

  另外小尺寸 CCD 拥有更多的象素和更高的分辨率也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足的可能。单个像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。每个象素上的信息趋于与在它附近的象素的信息混合(在电子学上这个概念叫做色度亮度干扰)。

  CCD与CMOS的比较

  互补性氧化金属半导体CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带-电) 和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

CCD与CMOS不同工作原理

  由两种感光器件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。

  在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。

  CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。

  CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。

  CCD的市场现状

  CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞,分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达三十多年的发展,大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本厂商。我国监控摄像机使用的CCD大多是日本制造的。前段时间日本地震,日本SONY、Sharp等厂商受到影响,我国监控摄像机的价格就随之上涨。

  21 世纪,世界进入了信息时代,数字化、计算机化、通讯、电视融为一体的网络化即将成为现实,让人们去面对、去学习、去研究。从整个系统来讲,CCD 摄像机是核心的元件之一,但由于我国 CCD 摄像机制造技术和 CCD 传感器生产线正处于发展和不断完善的阶段,因此,目前我国 CCD 产业亟待发展,才能适应市场的需求。随着我国经济的高速增长,信息产业化进程的加快,CCD 摄像机的市场会越来越大,应用的领域将深入到每一个相关的专业领域,将给人们带来新的概念。

关键字:芯片  监控摄像机  CCD

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2011/0621/article_3808.html
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