CMOS和CCD監(jiān)控?cái)z像機(jī)的區(qū)別數(shù)碼相機(jī)所用

CMOS和CCD監(jiān)控?cái)z像機(jī)的區(qū)別數(shù)碼相機(jī)所用CMOS和CCD監(jiān)控?cái)z像機(jī)的區(qū)別數(shù)碼相機(jī)所用 CCD監(jiān)控?cái)z像機(jī)目前的技術(shù)比較成熟，在尺寸方面也具有一定的優(yōu)勢（由于工藝方面的原因 CMOS的尺寸無法做的很大），但其工藝復(fù)雜、成本高、耗電量大、像素提升難度大等問題也是不可否認(rèn)的。而CMOS由于制造工藝簡單， 因此可以在普通半導(dǎo)體生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，其制造成本比較低廉。 CCD和CMOS各自的利弊，我們可以從技術(shù)的角度來比較兩者主要存在的區(qū)別：（a）信息讀取方式不同CCD傳感器存儲的電荷信息需在同步信號控制下一位一位的實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)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(fù)雜。CMOS傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。（b）速度有所差別CCD傳感器需在同步時(shí)鐘的控制下以行為單位一位一位的輸出信息，速度較慢；而CMOS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)處理各單元的圖象信息，速度比CCD快很多。（c）電源及耗電量CCD傳感器電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS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(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。（d）成像質(zhì)量CCD傳感器制作技術(shù)起步較早，技術(shù)相對成熟，采用 PN結(jié)合二氧化硅隔離層隔離噪聲， 成像質(zhì)量相對 CMOS傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS傳感器集成度高， 光電傳感元件與電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較為嚴(yán)重，噪聲對圖象質(zhì)量影響很大。CCD與CMOS兩種傳感器在“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”和“外部結(jié)構(gòu)”上都是不同的。內(nèi)部結(jié)構(gòu)（傳感器本身的結(jié)構(gòu)）CCD的成像點(diǎn)為 X－Y縱橫矩陣排列，每個(gè)成像點(diǎn)由一個(gè)光電二極管和其控制的一個(gè)鄰近電荷存儲區(qū)組成。光電二極管將光線（光量子）轉(zhuǎn)換為電荷（電子） ，聚集的電子數(shù)量與光線的強(qiáng)度成正比。在讀取這些電荷時(shí)，各行數(shù)據(jù)被移動(dòng)到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續(xù)讀出，再通過電荷

/電壓轉(zhuǎn)換器和放大器傳感。

這種構(gòu)造產(chǎn)生的圖像具有低噪音、高性能的特點(diǎn)。但是生產(chǎn)

CCD

需采用時(shí)鐘信號、偏壓技術(shù)，因此整個(gè)構(gòu)造復(fù)雜，增大了耗電量，也增加了成本。數(shù)碼相機(jī)成像過程CMOS傳感器周圍的電子器件，如數(shù)字邏輯電路、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構(gòu)造如同一個(gè)存儲器，每個(gè)成像點(diǎn)包含一個(gè)光電二極管、一個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、一個(gè)重新設(shè)置和選擇晶體管，以及一個(gè)放大器，覆蓋在整個(gè)傳感器上的是金屬互連器（計(jì)時(shí)應(yīng)用和讀取信號）以及縱向排列的輸出信號互連器，它可以通過簡單的 X－Y尋址技術(shù)讀取信號。外部結(jié)構(gòu)（傳感器在產(chǎn)品上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)）CCD電荷耦合器僅能輸出模擬電信號， 輸出的電信號還需經(jīng)后續(xù)地址譯碼器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器處理，并且還須提供三組不同電壓的電源和同步時(shí)鐘控制電路，集成度非常低。由 CCD電荷耦合器構(gòu)成的數(shù)碼相機(jī)通常有六個(gè)芯片，有的多達(dá)八片，最少的也 有三片，使 CCD電荷耦合器制作的數(shù)碼相機(jī)成本較高。CMOS光電傳感器的加工采用半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)集成電路的流程，可以將數(shù)碼相機(jī)的所有部件集成到一塊芯片上，如光敏元件、圖像 信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優(yōu)點(diǎn)。只需要一 個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)的所有功能，因此采用CMOS芯片的光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體成本很低。________________________________________CCD CMOS全稱 電荷耦合裝置ChargeCoupledDevice 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體ComplementaryMetalOxideSemiconductor價(jià)格高低噪聲（照片暗部的不規(guī)則雜點(diǎn)）低較高耗電量高低影響銳利度高一般動(dòng)態(tài)范圍高一般發(fā)展趨勢技術(shù)較為成熟生產(chǎn)廠家眾多，技術(shù)不斷有突破性進(jìn)展。其實(shí)，CCD也有兩種：全幀(fullframe)的和隔行(interline)的。這兩種CCD的性能區(qū)別非常大?？偟膩碚f，全幀的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS的綜合性能最差。fullframeCCD最突出的優(yōu)勢是分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。最弱的地方就是貴，耗電。CMOS最差的地方是分辨率，動(dòng)態(tài)范圍和噪聲。優(yōu)勢就是便宜，省電。interlineCCD比CMOS強(qiáng)的地方在于噪聲?？偟膩碚f，兩種 CCD的顏色還原都比 CMOS強(qiáng)?，F(xiàn)在一般的消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)，在宣傳上都不說是 FullframeCCD還是InterlineCCD。當(dāng)然多數(shù)都是后者。 專業(yè)級的數(shù)碼相機(jī)，肯定是前者。所以，F(xiàn)ullframeCCD和InterlineCCD間的區(qū)別，都存在于專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)和消費(fèi)級機(jī)之間。當(dāng)然，專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)彩用的大面積CCD帶來的好處更突出。數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)照相機(jī)相比的最大區(qū)別，在于數(shù)碼相機(jī)用半導(dǎo)體芯片取代了傳統(tǒng)攝影用膠卷，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的影像存儲，因而成像芯片對數(shù)碼相機(jī)拍攝質(zhì)量的影像，就像膠卷對傳統(tǒng)攝影拍攝質(zhì)量的影響一樣，舉足輕重。傳統(tǒng)攝影選擇膠卷有著很大的靈活性，發(fā)現(xiàn)某種牌號的膠卷質(zhì)量不理想，可以另購其它牌號的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片與數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成一個(gè)密不可分的整體，是“從一而終”，一經(jīng)選定某種型號的數(shù)碼相機(jī)，成像芯片隨之確定而無法更換。因此，我們必須對數(shù)碼相機(jī)的成像芯片給以足夠的關(guān)注，既要關(guān)注它的類型，又要關(guān)注它的分辨率、尺寸、像元尺寸和制作質(zhì)量。監(jiān)控?cái)z像機(jī)成像芯片的種類及質(zhì)量成像芯片的作用，是將數(shù)碼相機(jī)鏡頭成在它上面的像轉(zhuǎn)換為電荷輸出。目前數(shù)碼相機(jī)用成像芯片分為 CCD和CMOS兩類。用CCD作成像芯片的數(shù)碼相機(jī)已為人們所熟悉，因?yàn)槿澜鐢?shù)碼相機(jī)型號的 95％以上，我國市場銷售數(shù)碼相機(jī)的100％，都是使用CCD作成像芯片的。與CMOS相比，CCD問世較早，具有制作水平高、生產(chǎn)規(guī)模大、成像質(zhì)量高（尤其是噪聲水平低）、技術(shù)成熟的特點(diǎn)。CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件， 它的光電轉(zhuǎn)換功能與CCD相似，區(qū)別主要在于光電轉(zhuǎn)換后信息傳送的方式不同。CMOS具有信息讀取方式簡單、輸出信息速率快、耗電省（僅為CCD芯片的1／10左右）、體積小、重量輕、集成度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，是未來 數(shù)碼相機(jī)理想的成像芯片，但要達(dá)到CCD芯片的成像質(zhì)量，仍有漫長的路要走，因而目前選購

CCD

芯片數(shù)碼相機(jī)是明智之舉。CCD

芯片又分為線型和面型兩大類。線型

CCD

芯片的最大特點(diǎn)是分辨率很高，可拍攝得到

1000

萬以上像素水平影像的數(shù)碼相機(jī)，

都采用線型

CCD

芯片的。目前線型

CCD

數(shù)碼相機(jī)最高可拍攝得到的像素水平高達(dá)

1．3

億。遺憾的是線型

CCD

數(shù)碼相機(jī)是掃描型的

，曝光方式與平臺掃描儀相似，曝光時(shí)間特別長，無法拍攝動(dòng)態(tài)物體，更不能進(jìn)行閃光拍攝。采用面型CCD芯片的數(shù)碼相機(jī)的最大特點(diǎn)是可瞬間曝光，應(yīng)用靈活性大，國內(nèi)市場上所見到的輕便數(shù)碼相機(jī)和單反數(shù)碼相機(jī)，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平為 600萬。 成像芯片的分辨率如何挑選監(jiān)控?cái)z像機(jī) 成像芯片的分辨率是數(shù)碼相機(jī)最重要的性能指標(biāo)，通常用像素?cái)?shù)表示，意味著數(shù)碼相機(jī)將鏡頭成在 CCD芯片上面的像以多少個(gè)“點(diǎn) ”加以記錄。這已為越來越多的人所認(rèn)識，只是還必須注意以下三方面的區(qū)別：1．CCD芯片分辨率與拍攝分辨率之間的區(qū)別。 CCD芯片分辨率是指芯片上所具有的 CCD像元數(shù)；拍攝分辨率是指拍攝時(shí)實(shí)際參與 成像的CCD像元數(shù)。由于數(shù)碼相機(jī)將 CCD芯片上的部分 CCD像元用于測光、自動(dòng)聚焦和自動(dòng)調(diào)整白平衡等方面，使得拍攝分辨率總 是小于CCD芯片分辨率。選購數(shù)碼相機(jī)既要看 CCD芯片分辨率，更要看可最大拍攝分辨率。2．拍攝分辨率與插值分辨率之間的區(qū)別。拍攝分辨率是拍攝時(shí)實(shí)際參與成像的 CCD像元數(shù)；插值分辨率是用軟件插值的方法產(chǎn)生得到 的，比CCD芯片上實(shí)際參與成像的像元數(shù)更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于成倍提高，但插值將導(dǎo)致影像反差的 降低，成像銳度的下降，因此要分清插值分辨率與拍攝分辨率。3．線型CCD芯片與面型 CCD芯片分辨率的含義有區(qū)別。在采用線型 CCD芯片的數(shù)碼相機(jī)上，由三個(gè)像元產(chǎn)生一個(gè)影像像素；而面 型CCD芯片在每一個(gè)像元的基礎(chǔ)之上都要產(chǎn)生一個(gè)像素（將具體像元的信息與周圍像元的信息綜合得到）。因而線型CCD數(shù)碼相機(jī)上除了標(biāo)有正常的分辨率外，還標(biāo)有相當(dāng)于面型CCD數(shù)碼相機(jī)的分辨率，即三倍的數(shù)值。如目前最高拍攝分辨率為1．3億像素水平的數(shù)碼相機(jī)，還標(biāo)有相當(dāng)于3．9億像素水平。購用數(shù)碼相機(jī)，并非像素水平越高越好，多高像素水平的數(shù)碼相機(jī)合適，完全取決于我們的實(shí)際應(yīng)用。比如，家庭購用數(shù)碼相機(jī)，分辨率一般達(dá)到1500×1000就可以了，這種像素水平數(shù)碼相機(jī)拍攝所制作的7、8英寸的照片，有著完全令人滿意的分辨率；用于拍攝網(wǎng)頁圖像的數(shù)碼相機(jī)，分辨率有1028×768的影像水平就足夠，當(dāng)然，拍攝網(wǎng)頁用圖像可以用更價(jià)廉的網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)（WebCam）；攝制多媒體課件用圖像，數(shù)碼相機(jī)的分辨率與投影機(jī)的分辨率相當(dāng)即可。目前學(xué)校中用投影機(jī)的分辨率多在800×600、1024×768的像素水平上；婚紗攝影、廣告攝影用于攝制大幅面照片的數(shù)碼相機(jī)，像素水平至少在600萬以上。購數(shù)碼相機(jī)后要用于不同的方面，則應(yīng)按其中高分辨率的應(yīng)用要求，確定選購數(shù)碼相機(jī)的像素水平。成像芯片的尺寸 數(shù)碼相機(jī)CCD芯片的尺寸，人們很少關(guān)心，甚至于一些輕便數(shù)碼相機(jī)的性能介紹上也沒有標(biāo)明CCD芯片的大小，而隨著數(shù)碼相機(jī)像素水平的不斷提高，CCD芯片的尺寸指標(biāo)顯得越發(fā)重要。無論是攝像機(jī)還是數(shù)碼相機(jī)，只要是面向大眾而不是按專業(yè)使用設(shè)計(jì)的，都傾向于使用小尺寸的面型

CCD

芯片。這一方面是為了降低

CCD

芯片制作成本，因?yàn)?/p>

CCD

芯片的面積越大，制作成品率越低，生產(chǎn)成本陡增；另一方面是使設(shè)備小型化、輕量化的需要，因?yàn)橹挥?CCD芯片尺寸小，鏡頭、機(jī)身的尺寸才可以隨之減小。在輕便和單反數(shù)碼相機(jī)中所有的CCD芯片，最小尺寸是卡西歐 QV－10、QV－30上使用的僅有約2．4mm×1．8mm大??；最大尺寸是柯達(dá)、佳能單反數(shù)碼相機(jī) EOSDCS1、EOSD6000、DCS460、DCS560、DCS660上使用的高達(dá) 27．6mm×18．4mm，最大的與最小的CCD芯片成像面積相差上百倍。CCD芯片的制作水平近十幾年來每年都會(huì)發(fā)生突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其表現(xiàn)在 CCD芯片中單個(gè)像元的尺寸上。早期的技術(shù)無法將 CCD芯片中的單個(gè)像元做得很小， 1mm長度上只能制作幾十個(gè)像元，即單個(gè)像元的大小在幾十微米。而現(xiàn)在1mm長度上最多可制作200多個(gè)像元，像元的大小已小到幾微米。降低制作成本的需要與制作技術(shù)的發(fā)展，使得像素水平不斷上升的輕便數(shù)碼相機(jī)，仍采用小尺寸的 CCD芯片，如像素水平為 640×480的奧林巴斯 C－400、C－420L等許多數(shù)碼相機(jī)，采用的是尺寸為

1／3

英寸的

CCD

芯片；像素水平為

1280×960

的卡西歐

QV－5000SX

輕便數(shù)碼相機(jī)，仍采用

1／3

英寸的

CCD

芯片。高像素水平的數(shù)碼相

機(jī)采用小尺寸的 CCD芯片，對數(shù)碼相機(jī)鏡頭的分辨率提出了更高的要求，因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)鏡頭的分辨率應(yīng)該達(dá)到的水平，與CCD芯片單位長度內(nèi)像元數(shù)有關(guān)，即數(shù)碼照相機(jī)鏡頭應(yīng)該具有的分辨率≥CCD芯片的成像區(qū)橫向像元數(shù)／CCD芯片成像區(qū)橫向尺寸很顯然，在芯片像元數(shù)一定的情況下，CCD芯片成像區(qū)域越小， 要求鏡頭的分辨率越高。 如鏡頭分辨率不能隨之升高，就不能發(fā)揮 每個(gè)像元的作用。目前芯片尺寸小而鏡頭的分辨率又低，是輕便數(shù)碼相機(jī)存在的共性問題，在選購高像素輕便數(shù)碼相機(jī)時(shí)，必須綜合考慮 CCD芯片的像素水平、CCD芯片的尺寸和鏡頭可能達(dá)到的分辨率水平。由于CCD芯片制作成本隨尺寸呈幾何級數(shù)上升，因而不同檔次數(shù)碼相機(jī)即使分辨率相同，其 CCD芯片尺寸也可能不同，通常是檔次越 低的數(shù)碼相機(jī)，所用 CCD芯片的尺寸越小。CCD影像感應(yīng)器目前已大部份被使用在數(shù)碼相機(jī)上， 而近年來CMOS感應(yīng)器也逐漸開始出現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)的市場當(dāng)中，CMOS的誕生 具備了許多 CCD所沒有的一些優(yōu)勢，例如：省電、高集成度、成本更低等等。因此就未來影像感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展來看，數(shù)碼相機(jī)的影像感

應(yīng)器市場將會(huì)是

CCD

與CMOS

的兵家必爭之地，未來低于

4000

元的數(shù)碼相機(jī)的影像感應(yīng)器相信將會(huì)由 CMOS勝出，而高于這一 價(jià)格的數(shù)碼相機(jī)市場將會(huì)出現(xiàn)由 CCD與CMOS共同領(lǐng)導(dǎo)的新局面。從工作原理上講，這兩種影像感應(yīng)器都是將光訊號轉(zhuǎn)變成電信號而進(jìn)行?出，而這一轉(zhuǎn)換也是在每一個(gè)像素中所完成。所以要了解影像感應(yīng)器的原理之前，我們必須先要了解像素的定義和原理。影像感應(yīng)器制造商對像素 的定義是：在影像感應(yīng)器上將光訊號轉(zhuǎn)變成電信號的基本工作單位。比如，一臺數(shù)碼相機(jī)標(biāo)稱使用一枚1280x960的影像感應(yīng)器，那么它就會(huì)有1,228,800個(gè)像素，而這是完全不同于傳統(tǒng)電視與電腦顯示器制造商所使用的像素定義的。像素的原理電子顯微鏡下的 CCD表面像素是影像感應(yīng)器的基本單位，以 CMOS感應(yīng)器的像素為例，它包含了一個(gè)光電 二極管，用以產(chǎn)生與入射光成比例的電荷，同時(shí)它也包含了其他一些電子元件，以提供緩存轉(zhuǎn)換和復(fù)位功能。當(dāng)每個(gè)像素上的電容所積累 的電荷達(dá)到的一定數(shù)量并被傳送給信號放大器再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換之后，所拍攝影像的原始信號才得以真正成形，而具有全部這些功能的器件才能稱為是一個(gè)真正的影像感應(yīng)器。CMOS產(chǎn)品圖片信噪比影像感應(yīng)器的信噪比可以用分貝（噪聲單位）表示，當(dāng)信號到達(dá)一定強(qiáng)度時(shí)，信噪 比并不會(huì)等比例增加，但是，如果要讓低伏值 *的訊號可以被檢測出來，那么信噪比就變得非常重要。信噪比的基本定義為：在有效輸出范圍內(nèi)，真值信號強(qiáng)度與噪聲強(qiáng)度的比值。當(dāng)真值信號被噪聲所埋沒后，后方將無法有效地從前方輸出 中提取信息。在常規(guī)的信號檢測中，電壓被做為可參考的主要依據(jù)，同樣對于影像感應(yīng)器來說，每個(gè)像素輸出的電壓高低便作為后方信號處理的實(shí)際依據(jù)。色彩靈敏度失衡彩色影像感應(yīng)器對不同波長的入射光有不同的靈敏度，而這將會(huì)造成拍攝影像時(shí)的的色彩失衡。當(dāng)然，色彩失衡可以用后續(xù)的數(shù)字化處理得到補(bǔ)償，但這也有可能放大在經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換后的噪聲。現(xiàn)在的技術(shù)可以解決色彩敏感度失衡的問題，然后再將訊號送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字量化，最后再運(yùn)用色差增益或放大技術(shù)進(jìn)行處理。暗電流是在沒有入射光時(shí)光電二極管所釋放的電流量，理想的影像感應(yīng)器其暗電流應(yīng)該是零，但是，實(shí)際狀況是每個(gè)像素中的光電二極管同時(shí)又充當(dāng)了電容，當(dāng)電容器慢慢地釋放電荷時(shí)，就算沒有入射光，暗電流的電壓也會(huì)與低亮度入射光的輸出電壓相當(dāng)。因此，在這些時(shí)候我們還是能從顯示器上看到部分“影像”，大部分情況下這都是因?yàn)閺陌惦娏髦兴鄯e的電荷釋放造成的。所以，暗電流是影響畫質(zhì)的噪聲之一，CCD與CMOS感應(yīng)器的暗電流范圍為0.075－2.0納安/平方厘米左右。實(shí)際上因?yàn)镃CD與CMOS在圖像采集方面的本質(zhì)區(qū)別，在暗電流的形成上差別還是比較大的。但是由于雙方在后臺處理上的不同，暗電流的影響已經(jīng)消除了大半，因此在最終得到的實(shí)際影像上的差別還不是非常明顯的。像素的大小影像感應(yīng)器能否捕捉到低亮度的影像將取決于每個(gè)像素的采光區(qū)域的大小，較大的像素將使影像感應(yīng)器捕捉到更多的光子，如此便能提高像素的動(dòng)態(tài)范圍。但是，更大的像素也就需要較多的硅芯片，這也在無形當(dāng)中加高 了生產(chǎn)成本，因此決定最佳化的影像感應(yīng)器組件大小將由設(shè)定采光區(qū)域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望獲得的實(shí)際影像質(zhì)量來共同 決定。如何了解更多監(jiān)控?cái)z像機(jī)的相關(guān)知識CCD監(jiān)控?cái)z像機(jī)目前的技術(shù)比較成熟， 在尺寸方面也具有一定的優(yōu)勢（由于工藝方面的原因 CMOS的尺寸無法做的很大），但其工藝復(fù)雜、成本高、耗電量大、像素提升難度大等問題也是不可否認(rèn)的。 而CMOS由于制造工藝簡單， 因此可以在普通半導(dǎo)體生產(chǎn)線上進(jìn)行生產(chǎn)，其制造成本比較低廉。CCD和CMOS各自的利弊，我們可以從技術(shù)的角度來比較兩者主要存在的區(qū)別：：（a）信息讀取方式不同CCD傳感器存儲的電荷信息需在同步信號控制下一位一位的實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)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(fù)雜。CMOS傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。（b）速度有所差別CCD傳感器需在同步時(shí)鐘的控制下以行為單位一位一位的輸出信息，速度較慢；而CMOS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)處理各單元的圖象信息，速度比CCD快很多。（c）電源及耗電量CCD傳感器電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS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(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。（d）成像質(zhì)量CCD傳感器制作技術(shù)起步較早，技術(shù)相對成熟，采用 PN結(jié)合二氧化硅隔離層隔離噪聲， 成像質(zhì)量相對 CMOS傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS傳感器集成度高， 光電傳感元件與電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較為嚴(yán)重，噪聲對圖象質(zhì)量影響很大。CCD與CMOS兩種傳感器在“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”和“外部結(jié)構(gòu)”上都是不同的。內(nèi)部結(jié)構(gòu)（傳感器本身的結(jié)構(gòu)）CCD的成像點(diǎn)為 X－Y縱橫矩陣排列，每個(gè)成像點(diǎn)由一個(gè)光電二極管和其控制的一個(gè)鄰近電荷存儲區(qū)組成。光電二極管將光線（光量子）轉(zhuǎn)換為電荷（電子），聚集的電子數(shù)量與光線的強(qiáng)度成正比。在讀取這些電荷時(shí)，各行數(shù)據(jù)被移動(dòng)到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續(xù)讀出，再通過電荷/電壓轉(zhuǎn)換器和放大器傳感。 這種構(gòu)造產(chǎn)生的圖像具有低噪音、高性能的特點(diǎn)。但是生產(chǎn)CCD需采用時(shí)鐘信號、偏壓技術(shù)，因此整個(gè)構(gòu)造復(fù)雜，增大了耗電量，也增加了成本。數(shù)碼相機(jī)成像過程CMOS傳感器周圍的電子器件，如數(shù)字邏輯電路、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構(gòu)造如同一個(gè)存儲器，每個(gè)成像點(diǎn)包含一個(gè)光電二極管、一個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、一個(gè)重新設(shè)置和選擇晶體管，以及一個(gè)放大器，覆蓋在整個(gè)傳感器上的是金屬互連器（計(jì)時(shí)應(yīng)用和讀取信號）以及縱向排列的輸出信號互連器，它可以通過簡單的 X－Y尋址技術(shù)讀取信號。外部結(jié)構(gòu)（傳感器在產(chǎn)品上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)）CCD電荷耦合器僅能輸出模擬電信號， 輸出的電信號還需經(jīng)后續(xù)地址譯碼器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器處理，并且還須提供三組不同電壓的電源和同步時(shí)鐘控制電路，集成度非常低。由 CCD電荷耦合器構(gòu)成的數(shù)碼相機(jī)通常有六個(gè)芯片，有的多達(dá)八片，最少的也 有三片，使 CCD電荷耦合器制作的數(shù)碼相機(jī)成本較高。CMOS光電傳感器的加工采用半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)集成電路的流程，可以將數(shù)碼相機(jī)的所有部件集成到一塊芯片上，如光敏元件、圖像 信號放大器、信號讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優(yōu)點(diǎn)。只需要一 個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)碼相機(jī)的所有功能，因此采用CMOS芯片的光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體成本很低。CCD CMOS全稱 電荷耦合裝置ChargeCoupledDevice 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體ComplementaryMetalOxideSemiconductor價(jià)格 高 低噪聲（照片暗部的不規(guī)則雜點(diǎn)） 低 較高耗電量 高 低影響銳利度 高 一般動(dòng)態(tài)范圍 高 一般發(fā)展趨勢 技術(shù)較為成熟 生產(chǎn)廠家眾多，技術(shù)不斷有突破性進(jìn)展。其實(shí)，CCD也有兩種：全幀(fullframe)的和隔行(interline)的。這兩種CCD的性能區(qū)別非常大。總的來說，全幀的CCD性能最好。其次是隔行的 CCD。CMOS的綜合性能最差。 fullframeCCD 最突出的優(yōu)勢是分辨率和動(dòng)態(tài)范圍。最弱的地方就是貴，耗電。CMOS最差的地方是分辨率，動(dòng)態(tài)范圍和噪聲。優(yōu)勢就是便宜，省電。interlineCCD比CMOS強(qiáng)的地方在于噪聲。總的來說，兩種 CCD的顏色還原都比 CMOS強(qiáng)?，F(xiàn)在一般的消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)，在宣傳上都不說是 FullframeCCD還是InterlineCCD。當(dāng)然多數(shù)都是后者。 專業(yè)級的數(shù)碼相機(jī)，肯定是前者。所以，F(xiàn)ullframeCCD和InterlineCCD間的區(qū)別，都存在于專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)和消費(fèi)級機(jī)之間。當(dāng)然，專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)彩用的大面積CCD帶來的好處更突出。數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)照相機(jī)相比的最大區(qū)別，在于數(shù)碼相機(jī)用半導(dǎo)體芯片取代了傳統(tǒng)攝影用膠卷，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的影像存儲，因而成像芯片 對數(shù)碼相機(jī)拍攝質(zhì)量的影像，就像膠卷對傳統(tǒng)攝影拍攝質(zhì)量的影響一樣，舉足輕重。傳統(tǒng)攝影選擇膠卷有著很大的靈活性，發(fā)現(xiàn)某種牌號的膠卷質(zhì)量不理想，可以另購其它牌號的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片與數(shù)碼相機(jī)構(gòu)成一個(gè)密不可分的整體，是“從一而終”，一經(jīng)選定某種型號的數(shù)碼相機(jī)，成像芯片隨之確定而無法更換。因此，我們必須對數(shù)碼相機(jī)的成像芯片給以足夠的關(guān)注，既要關(guān)注它的類型，又要關(guān)注它的分辨率、尺寸、像元尺寸和制作質(zhì)量。監(jiān)控?cái)z像機(jī)成像芯片的種類及質(zhì)量成像芯片的作用，是將數(shù)碼相機(jī)鏡頭成在它上面的像轉(zhuǎn)換為電荷輸出。目前數(shù)碼相機(jī)用成像芯片分為CCD和CMOS兩類。用CCD作成像芯片的數(shù)碼相機(jī)已為人們所熟悉，因?yàn)槿澜鐢?shù)碼相機(jī)型號的95％以上，我國市場銷售數(shù)碼相機(jī)的100％，都是使用CCD作成像芯片的。與CMOS相比，CCD問世較早，具有制作水平高、生產(chǎn)規(guī)模大、成像質(zhì)量高（尤其是噪聲水平低） 、技術(shù)成熟的特點(diǎn)。CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體器件， 它的光電轉(zhuǎn)換功能與CCD相似，區(qū)別主要在于光電轉(zhuǎn)換后信息傳送的方式不同。CMOS具有信息讀取方式簡單、輸出信息速率快、耗電?。▋H為CCD芯片的1／10左右）、體積小、重量輕、集成度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，是未來 數(shù)碼相機(jī)理想的成像芯片，但要達(dá)到CCD芯片的成像質(zhì)量，仍有漫長的路要走，因而目前選購

CCD

芯片數(shù)碼相機(jī)是明智之舉。CCD

芯片又分為線型和面型兩大類。線型

CCD

芯片的最大特點(diǎn)是分辨率很高，可拍攝得到1000萬以上像素水平影像的數(shù)碼相機(jī)，都采用線型CCD芯片的。目前線型CCD數(shù)碼相機(jī)最高可拍攝得到的像素水平高達(dá)1．3億。遺憾的是線型CCD數(shù)碼相機(jī)是掃描型的，曝光方式與平臺掃描儀相似，曝光時(shí)間特別長，無法拍攝動(dòng)態(tài)物體，更不能進(jìn)行閃光拍攝。采用面型CCD芯片的數(shù)碼相機(jī)的最大特點(diǎn)是可瞬間曝光，應(yīng)用靈活性大，國內(nèi)市場上所見到的輕便數(shù)碼相機(jī)和單反數(shù)碼相機(jī)，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平為 600萬。 成像芯片的分辨率如何挑選監(jiān)控?cái)z像機(jī) 成像芯片的分辨率是數(shù)碼相機(jī)最重要的性能指標(biāo)，通常用像素?cái)?shù)表示，意味著數(shù)碼相機(jī)將鏡頭成在 CCD芯片上面的像以多少個(gè)“點(diǎn) ”加以記錄。這已為越來越多的人所認(rèn)識，只是還必須注意以下三方面的區(qū)別：1．CCD芯片分辨率與拍攝分辨率之間的區(qū)別。 CCD芯片分辨率是指芯片上所具有的

CCD

像元數(shù)；拍攝分辨率是指拍攝時(shí)實(shí)際參與

成像的

CCD

像元數(shù)。由于數(shù)碼相機(jī)將

CCD芯片上的部分

CCD

像元用于測光、自動(dòng)聚焦和自動(dòng)調(diào)整白平衡等方面，使得拍攝分辨率總

是小于

CCD

芯片分辨率。選購數(shù)碼相機(jī)既要看

CCD

芯片分辨率，更要看可最大拍攝分辨率。2．拍攝分辨率與插值分辨率之間的區(qū)別。拍攝分辨率是拍攝時(shí)實(shí)際參與成像的 CCD像元數(shù)；插值分辨率是用軟件插值的方法產(chǎn)生得到 的，比CCD芯片上實(shí)際參與成像的像元數(shù)更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于成倍提高，但插值將導(dǎo)致影像反差的 降低，成像銳度的下降，因此要分清插值分辨率與拍攝分辨率。3．線型CCD芯片與面型CCD芯片分辨率的含義有區(qū)別。在采用線型CCD芯片的數(shù)碼相機(jī)上，由三個(gè)像元產(chǎn)生一個(gè)影像像素；而面型CCD芯片在每一個(gè)像元的基礎(chǔ)之上都要產(chǎn)生一個(gè)像素（將具體像元的信息與周圍像元的信息綜合得到）。因而線型CCD數(shù)碼相機(jī)上除了標(biāo)有正常的分辨率外，還標(biāo)有相當(dāng)于面型CCD數(shù)碼相機(jī)的分辨率，即三倍的數(shù)值。如目前最高拍攝分辨率為1．3億像素水平的數(shù)碼相機(jī)，還標(biāo)有相當(dāng)于 3．9億像素水平。購用數(shù)碼相機(jī)，并非像素水平越高越好，多高像素水平的數(shù)碼相機(jī)合適，完全取決于我們的實(shí)際應(yīng)用。比如，家庭購用數(shù)碼相機(jī)，分辨率一般達(dá)到1500×1000就可以了，這種像素水平數(shù)碼相機(jī)拍攝所制作的7、8英寸的照片，有著完全令人滿意的分辨率；用于拍攝網(wǎng)頁圖像的數(shù)碼相機(jī)，分辨率有1028×768的影像水平就足夠，當(dāng)然，拍攝網(wǎng)頁用圖像可以用更價(jià)廉的網(wǎng)絡(luò)照相機(jī)（WebCam）；攝制多媒體課件用圖像，數(shù)碼相機(jī)的分辨率與投影機(jī)的分辨率相當(dāng)即可。目前學(xué)校中用投影機(jī)的分辨率多在 800×600、1024×768的像素水平上；婚紗攝影、廣告攝影用于攝制大幅面照片的數(shù)碼相機(jī)，像素水平至少在600萬以上。購數(shù)碼相機(jī)后要用于不同的方面，則應(yīng)按其中高分辨率的應(yīng)用要求，確定選購數(shù)碼相機(jī)的像素水平。成像芯片的尺寸 數(shù)碼相機(jī)CCD芯片的尺寸，人們很少關(guān)心，甚至于一些輕便數(shù)碼相機(jī)的性能介紹上也沒有標(biāo)明CCD芯片的大小，而隨著數(shù)碼相機(jī)像素水平的不斷提高，CCD芯片的尺寸指標(biāo)顯得越發(fā)重要。無論是攝像機(jī)還是數(shù)碼相機(jī)，只要是面向大眾而不是按專業(yè)使用設(shè)計(jì)的，都傾向于使用小尺寸的面型 CCD芯片。這一方面是為了降低CCD芯片制作成本，因?yàn)镃CD芯片的面積越大，制作成品率越低，生產(chǎn)成本陡增；另一方面是使設(shè)備小型化、輕量化的需要，因?yàn)橹挥?CCD芯片尺寸小，鏡頭、機(jī)身的尺寸才可以隨之減小。在輕便和單反數(shù)碼相機(jī)中所有的CCD芯片，最小尺寸是卡西歐 QV－10、QV－30上使用的僅有約2．4mm×1．8mm大??；最大尺寸是柯達(dá)、佳能單反數(shù)碼相機(jī)EOSDCS1、EOSD6000、DCS460、DCS560、DCS660上使用的高達(dá)27．6mm×18．4mm，最大的與最小的CCD芯片成像面積相差上百倍。CCD芯片的制作水平近十幾年來每年都會(huì)發(fā)生突飛猛進(jìn)的發(fā)展，尤其表現(xiàn)在 CCD芯片中單個(gè)像元的尺寸上。早期的技術(shù)無法將CCD芯片中的單個(gè)像元做得很小，1mm長度上只能制作幾十個(gè)像元，即單個(gè)像元的大小在幾十微米。而現(xiàn)在1mm長度上最多可制作200多個(gè)像元，像元的大小已小到幾微米。降低制作成本的需要與制作技術(shù)的發(fā)展，使得像素水平不斷上升的輕便數(shù)碼相機(jī)，仍采用小尺寸的 CCD芯片，如像素水平為 640×480的奧林巴斯 C－400、C－420L等許多數(shù)碼相機(jī)，采用的是尺寸為 1／3英寸的CCD芯片；像素水平為 1280×960的卡西歐QV－5000SX輕便數(shù)碼相機(jī)，仍采用1／3英寸的CCD芯片。高像素水平的數(shù)碼相 機(jī)采用小尺寸的CCD芯片，對數(shù)碼相機(jī)鏡頭的分辨率提出了更高的要求，因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)鏡頭的分辨率應(yīng)該達(dá)到的水平，與CCD芯片單位長度內(nèi)像元數(shù)有關(guān)，即數(shù)碼照相機(jī)鏡頭應(yīng)該具有的分辨率≥CCD芯片的成像區(qū)橫向像元數(shù)／CCD芯片成像區(qū)橫向尺寸很顯然，在芯片像元數(shù)一定的情況下，CCD芯片成像區(qū)域越小，要求鏡頭的分辨率越高。如鏡頭分辨率不能隨之升高，就不能發(fā)揮每個(gè)像元的作用。目前芯片尺寸小而鏡頭的分辨率又低，是輕便數(shù)碼相機(jī)存在的共性問題，在選購高像素輕便數(shù)碼相機(jī)時(shí)，必須綜合考慮CCD芯片的像素水平、CCD芯片的尺寸和鏡頭可能達(dá)到的分辨率水平。由于CCD芯片制作成本隨尺寸呈幾何級數(shù)上升，因而不同檔次數(shù)碼相機(jī)即使分辨率相同，其 CCD芯片尺寸也可能不同，通常是檔次越 低的數(shù)碼相機(jī)，所用 CCD芯片的尺寸越小。CCD影像感應(yīng)器目前已大部份被使用在數(shù)碼相機(jī)上， 而近年來CMOS感應(yīng)器也逐漸開始出現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)的市場當(dāng)中，CMOS的誕生 具備了許多 CCD所沒有的一些優(yōu)勢，例如：省電、高集成度、成本更低等等。因此就未來影像感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展來看，數(shù)碼相機(jī)的影像感

應(yīng)器市場將會(huì)是

CCD

與CMOS

的兵家必爭之地，未來低于

4000

元的數(shù)碼相機(jī)的影像感應(yīng)器相信將會(huì)由 CMOS勝出，而高于這一 價(jià)格