风水轮流转 看CMOS怎捕获百万像素芳心

2012-09-07 20:18:11来源: 互联网 关键字:风水  水轮  轮流  轮流转  流转
    这些年来,说到传感器的两强争锋,恐怕绝对让不少新入行的新人大呼看不懂。曾经一直霸占图像传感设备数十年的CCD传感器,本说已经拥有了足够的强势,但是却在近些年的竞争中,让曾经一度被认为远离主流的CMOS冲的体无完肤,甚至毫无还手之力。可以说,CCD这衰落的势头,确实震得人们有些惊讶。

    当然了,面对CCD如此的衰落,恐怕也有不少的用户在疑问,到底CMOS在近些年被赋予了什么样的“神力”,就把曾经神一般的CCD直接捣下了神坛,这又是怎么一回事儿呢?

风水轮流转 看CMOS怎捕获百万像素芳心

    CMOS与CCD有何不同?

    对于两者构造上的差异,基本可以看出而这在性能上的不同。对于CCD来说,它的特点在于可以借助专属通道设计,充分保证信号在传输时的不失真。透过每一个像素集合至单一放大器上,再进行统一的处理,以至于CCD可以在工作中保证资料更好的完整性。而对于CMOS来说,它的制程则比较简单,也没有专属的通道设计,那么他们又是靠啥“打天下”的呢?

    CCD优势何在?

    如果关注模拟摄像机的朋友都知道,在模拟摄像机,尤其是低照度模拟摄像机的器件配置中,CCD传感器一直是这类设备的首要选择。这主要是因为由于CMOS传感器的每个像素包含了放大器A/D转换电路,因而造成过多的额外设备压缩了单一像素的感光区域的面积,最终导致了CMOS芯片采光能力的下降。所以对于相同大小的传感器来说,CMOS的感光度都会低于CCD芯片。因此,这也是CCD一直占据低照度设备主流应用的主要原因。

    此外,由于CMOS每一个感光二级管的旁边都会搭配一个ADC的放大器,因而如果以百万像素计算的话,就需要拥数百万个以上的放大器。这些放大器尽管基本都属于统一制式的产品。但由于这种精密的设备对任何极小的差别都会有着明显的反应。所以对比单一一个放大器的CCD传感器,它所面临的噪点也要大很多。

    上面这两点,可以说是CCD在于CMOS的对比中,优势最为明显的地方。而对于CMOS来说,又有什么CCD不具备的特点呢?

传感器逐渐给我们带来更清晰的图像

    CMOS靠何夺取江山?

    在上面的介绍中,我们了解到,感光度以及噪点高是CMOS传感器最为明显的弊端。那么,为何在如此重要的环节上都不敌CCD的CMOS如今却能稳坐网络高清应用的头把交椅呢?

    工作原理的优势

    上面提到过,由于CMOS传感器上众多的放大器设置,因而出现了更多的噪点显现。但是,它并非就造成了CMOS芯片的绝对劣势。在百万像素的成像过程中,由于期间会产生与像素数量一样的电荷,而这些电荷都要同时经过放大器的处理。因此,这对于只有一个放大器的CCD来说,必然会造成严重拥堵。这也就是我们所说的延时情况。而对于CMOS传感器来说,由于其每个像素点上都有一个放大器装置。因此就能够在短时间内处理大量的数据,在同一时刻保持满屏的高质输出,因此,也就彻底满足了高清网络在此环节的技术需要。

    解析度上的优势

    在两种传感器的对比中,由于CMOS的像素结果要比CCD复杂的多,因此在感光度上,CMOS也要比CCD弱很多。但是,如果脱离尺寸的限制,CMOS对于CCD的劣势可能就会逐渐的被更大的感光元件所消化。当前,CMOS感光元件已经可以达到上千万的像素的设计,所以在这样的潜质下,它的光学劣势几乎已经不值一提。

    耗电量与成本的差异

    对于CCD与CMOS耗电量与成本的差异,这恐怕也是老生常谈的问题了。而且在很早这两者就已经被视为CMOS获得更多青睐的重要因素。CMOS的影像电荷驱动方式为主动式,感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出;但CCD却为被动式,必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。由于CCD芯片还需具备更精密的线路设计和耐压强度,所以CCD的耗电量基本在CMOS的3到10倍以上。 

CCD与CMOS的技术特点对比

    在价格上,CMOS应用半导体工业常用的CMOS制程,可以一次整合全部周边设施于单晶片中,节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失;相对的CCD采用电荷传递的方式输出资讯,必须另辟传输通道。因而这也增加了CCD的制造成本。  

    CMOS靠什么俘获百万高清监控的芳心?

    在不少的用户看来,低照度以及感光度可以说是保证视频成像质量的重要因素。因此,这部分的缺陷注定了CMOS踏入高质成像的艰难。但是,我们同样不可以忽视另一点的是,尽管如今的很多模拟摄像机已经把自身的分辨率提升到了600线以上的水平,但是由于BNC传输接口的限制,最终的效果也终究会降至三四十万的水平。因而这也注定了模拟监控与百万高清的无缘。

    而基于CMOS的百万高清到底效果如何呢?从目前已有的应用案例来看,CMOS传感器下的高清设备已经取得了不错的效果。而从技术上来说,由于CMOS传感器直接输出数字信息,避免了A/D转换的数据损耗,同时逐行扫描的CMOS也可以有效的避免隔行扫描时出现的运动模糊和撕裂等问题。因此,CMOS的劳动成果也使画面比CCD更加的细腻与动人。

    而对于很多人关心的低照度和噪点等问题。目前,已经有不少的厂商研发了感光度增强技术,通过扩大尺寸的方式增强感光度,这对于CMOS来说,无疑是最合适,最省钱也是最为有效的方式。而对于噪点影响的处理,有的制造厂商将专门的算法植入了CMOS传感器的控制逻辑中,而通过这项技术,则可以实现对噪点的有效控制,并且大大的降低了噪点对于画面的影响。  

    可以说,正是上面这些曾经对CCD弊端的有效弥补,使CMOS几乎可以用天衣无缝来形容。再加上其更高效的图像处理能力,与百万高清的联姻也就更显得水到渠成了。

    结语

    通过上述的分析我们不难发现,在新技术的整合下,CMOS已经在工艺,技术等方面取得了明显的改进。而且在创造力上,CMOS产品也有着更出色的发挥。因此,CMOS的主流化已经成为不可扭转的趋势。尤其在当前CMOS被大家获得更多的认可,并且更多的厂商进行持续更新的趋势下,CMOS的发展也受到了更多来自外界的推动力。这也促使了CMOS对CCD传感器的进一步超越。

    目前,在各自厂商的探索下,更宽动态范围的CMOS芯片已经日益涌现,而且这一技术也大大消除了中途对快门、光圈等环节的调整,使CMOS的成像质量变得更强。可以说,相比于老迈的CCD传感器,CMOS已经展现出了更多的活力,并且展示出了自己极大的发展潜力。这也注定了在今后高技术、高端应用的道路上,CMOS将会成为我们眼中新的主角。

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编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2012/0907/article_4775.html
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