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CCD和CMOS主要技术分析

21ic?? 2011年09月05日 ?? 收藏0

  CCD还是CMOS 作出选择

  从CCD和CMOS感光器对电子快门、帧率、微光成像及非可见光成像的不同工艺技术所带来的不同影响,可以不难看出,选择CCD或CMOS传感器应取决于具体应用(图2)。对于需要微光或非可见光成像的应用,CCD技术的优势非常明显;对于需要高帧率和低能耗的应用,或需要对一些感兴趣区域成像的应用,CMOS则是更好的选择;如果对电子快门有特别的需求,这两种技术则各有利弊。

CCD内部结构图

图2 CCD内部结构图

  可以看到,对于交通抓拍而言,传感器必须要Global shutter的,这样才能避免车牌的变形(图3);同时,如果对夜间效果要求比较高,最好是选择灵敏度高的传感器(CCD或者高端CMOS芯片);而为了避免产生拖影挡住车牌,应选择CMOS,以有效弥补这个缺陷;而对于视频监控而言,图像的实时性和流畅性更为重要,所以帧率更具优势的CMOS就成为最佳选择。

  针对交通抓拍和高清视频监控,现在有厂商推出将各类主要成熟技术集成在高端CMOS传感器上的整体解决方案。

  CMOS后劲勃发

  CCD和CMOS的主要区别是感光单元及读出电路结构不同而导致制造工艺的不同。CCD感光单元实现光电转换后,以电荷方式存贮并以电荷转移的方式顺序输出,需要专用的工艺制程实现。CMOS图像感光单元为光电二极管,可在通用CMOS集成电路工艺制程中实现,除此之外还可将图像处理电路集成,实现更高的集成度和更低的功耗。

  由于CCD技术出现较早,相对成熟,占据了绝大部分的高端市场。早期CMOS与CCD相比,仅只功耗与成本优势,现在随着CMOS技术的不断进步,性能已不断提升,而CCD技术提升空间有限,进步缓慢。

  目前,图像传感器技术趋势是向高速发展,而CMOS是高速成像所青睐的技术。有资料说,高速图像传感器有三大发展动向,一是向超高速、二是向单片上多功能集成、三是向通用高速图像传感器方向发展。

  现在,CMOS不仅占据几乎全部的便携产品和部分高端DSC(Digital Still Camera)市场,更是向CCD传统优势市场——监控市场发起了冲击。

  结语

  CMOS作为上升的感光传感器技术,尽管现在仍有一些性能比不上CCD,但CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质区别,CCD制造工艺较复杂。目前CCD和CMOS实际效果的差距已大大缩小,与CCD相比,CMOS体积小、耗电量低、成本低廉;CMOS是标准工艺制造,可利用现有半导体设备,品质可随半导体技术的提升而进步;CMOS传感器具有高度系统整合的条件,即图像传感器所需的功能,都可集成在一颗晶片上。


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CCD? CMOS? 电子快门? 图像传感器?

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