CCD和CMOS都是圖像傳感器的核心部分。但其工作原理還是有很多不同的,也許大家會(huì )認為CCD成像清晰、噪點(diǎn)少,所以相對CMOS優(yōu)勢明顯。其實(shí)不然,雖然大量的ADC給CMOS帶來(lái)了低噪點(diǎn)的缺陷,但也在其他方面顯示出了極大的好處。比較CCD與CMOS,它們在以下五個(gè)方面互有優(yōu)劣:
靈敏度
由于CMOS每個(gè)像素包含一個(gè)感光二極管、一個(gè)電荷/電壓轉換單元、一個(gè)晶體管以及一個(gè)放大器,導致感光二極管占據的面積只是整個(gè)元件的一小部分。過(guò)多的額外設備壓縮單一像素的有效感光區域的表面積,因此在像素尺寸相同的情況下,CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。直接的后果就是低照度環(huán)境下,CMOS無(wú)法像CCD一樣靈敏,成像清晰度大大降低。
成本
CCD電荷耦合器存儲的電荷信息,需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉移后讀取,電荷信息轉移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個(gè)電路較為復雜。如果專(zhuān)用通道中有一個(gè)像素故障,就會(huì )導致一整排的信號擁塞而無(wú)法傳遞。因此CCD的良率比CMOS低。而CMOS應用半導體工業(yè)常用的MOS制程,可以一次整合全部周邊設施于單晶片中,節省加工晶片所需負擔的成本和良率的損失,成本大為降低。
噪點(diǎn)
由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC放大器,如果以百萬(wàn)像素計,那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的ADC放大器。由于放大器屬于模擬器件,無(wú)法保證每個(gè)像點(diǎn)的放大率嚴格一致,致使放大后的圖像無(wú)法代表拍攝物體的原貌。因此,對比每行只有單個(gè)放大器的CCD,CMOS最終計算出的噪點(diǎn)就比較多。
速度
CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下,以行為單位一位一位地輸出信息,速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號的同時(shí)就可以取出電信號,還能同時(shí)處理各單元的圖像信息,速度比CCD電荷耦合器快很多。
功耗
CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外,電荷耦合器大多需要三組電源供電,耗電量較大;而CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源,耗電量非常小,僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優(yōu)勢。
CCD與CMOS攝像機應用場(chǎng)合
通過(guò)以上比較分析,能看出CCD與CMOS各有優(yōu)勢?;诖?,我們可以做到揚長(cháng)避短,在不同應用場(chǎng)合合理選擇CCD或CMOS攝像機。
低照度環(huán)境下宜使用CCD攝像機
由于CCD感光單元有效面積大,在光照強度較低的環(huán)境中,能相對清晰地呈現出被攝物體原貌。相反,CMOS傳感器靈敏度低,ISO感光度差,低照時(shí)成像清晰度大大降低。所以,在低照度環(huán)境下,如燈光較暗的停車(chē)場(chǎng)、樓梯間、封閉通道和暗室等,宜選用感光靈敏的CCD攝像機。
隱蔽環(huán)境中使用CMOS攝像機
CMOS傳感器可以將所有邏糪-和控制環(huán)都放在同一個(gè)硅芯片塊上,使攝像機變得簡(jiǎn)單靈巧,因此CMOS攝像機可以做得非常小。而CCD攝像機限于外圍復雜電路影響,體積無(wú)法做到CMOS般微型化。對于道路、門(mén)口等攝像機易受不法分子攻擊破壞的場(chǎng)合,選用CMOS攝像機能達到隱蔽執法、避免攻擊的作用。
圖像質(zhì)量要求高的場(chǎng)合選用CCD攝像機
CCD結構中由于每行僅有一個(gè)ADC,信號放大比例一致,所以圖像還原真實(shí)自然、噪點(diǎn)低,在對畫(huà)質(zhì)要求苛刻的場(chǎng)合宜選用CCD攝像機。像素越高、尺寸越大的CCD擁有更好的圖像品質(zhì)。目前監控用CCD攝像機已能做到200萬(wàn)至500萬(wàn)高像素,而CCD也囊括了1英寸(12.8mm×9.6mm)、2/3英寸(8.8mm×6.6mm)、1/2英寸(6.4mm×4.8mm)、1/3英寸(4.8mm×3.6mm)、1/4英寸(3.2mm×2.4mm)等多種尺寸。
高幀攝像時(shí)選用CMOS攝像機更佳
CCD在工作時(shí),上百萬(wàn)個(gè)像素感光后會(huì )生成上百萬(wàn)個(gè)電荷,每個(gè)專(zhuān)用通道中的電荷全部經(jīng)過(guò)一個(gè)'放大器'進(jìn)行電壓轉變。因此,這個(gè)'放大器'就成為了制約圖像處理速度的瓶頸。所有電荷由單一通道輸出,當數據量大時(shí)就容易發(fā)生信號擁堵。而像素越高,需要傳輸和處理的數據也就越多,使用單CCD無(wú)法滿(mǎn)足高速讀取大量高清數據的需要。而CMOS傳感器不需要復雜的處理過(guò)程,直接將圖像半導體產(chǎn)生的光電信號轉變成數字信號,因此處理非???。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用,速度能達到400到2000幀/秒。所以對于高速攝像場(chǎng)所,選用CMOS攝像機效果更佳。
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