ccd傳感器簡介

電荷耦合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。

cmos簡介

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）的縮寫。它是指制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來的芯片，是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。因?yàn)榭勺x寫的特性，所以在電腦主板上用來保存BIOS設(shè)置完電腦硬件參數(shù)后的數(shù)據(jù)，這個(gè)芯片僅僅是用來存放數(shù)據(jù)的。

電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。而對(duì)BIOS中各項(xiàng)參數(shù)的設(shè)定要通過專門的程序。BIOS設(shè)置程序一般都被廠商整合在芯片中，在開機(jī)時(shí)通過特定的按鍵就可進(jìn)入BIOS設(shè)置程序，方便地對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。因此BIOS設(shè)置有時(shí)也被叫做CMOS設(shè)置。

CMOS和CCD傳感器原理區(qū)別

CCD與CMOS傳感器是當(dāng)前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。 這種轉(zhuǎn)換的原理與 “太陽能電池”效應(yīng)相近，光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng)；反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號(hào)。

比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡單的說，CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素（pixel）的電荷信號(hào)依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出；相對(duì)地，CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著ADC（放大兼類比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器），訊號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以看出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真（專屬通道設(shè)計(jì)），透過每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。

CMOS和CCD傳感器差異

整體來說，CCD與CMOS兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異。

工作原理差異

CCD在工作時(shí)，上百萬個(gè)像素感光后會(huì)生成上百萬個(gè)電荷，所有的電荷全部經(jīng)過一個(gè)“放大器”進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)變，形成電子信號(hào)，因此，這個(gè)“放大器”就成為了一個(gè)制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出，就像千軍萬馬從一座橋上通過，當(dāng)數(shù)據(jù)量大的時(shí)候就發(fā)生信號(hào)“擁堵”，而百萬像素高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)格式卻恰恰需要在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，因此，在安防監(jiān)控產(chǎn)品中使用單CCD無法滿足高速讀取高清數(shù)據(jù)的需要。而CMOS則不同，每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)單獨(dú)的放大器轉(zhuǎn)換輸出，因此CMOS沒有CCD的“瓶頸”問題，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，輸出高清影像，因此也能都滿足高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的需求。

ISO感光度差異

由于CMOS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。

成本差異

CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障（Fail），就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。

解析度差異

在第一點(diǎn)“感光度差異”中，由于 CMOS 每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開口不及CCD大， 相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬 像素/全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS技術(shù)在良率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm 這樣的大小。

噪點(diǎn)差異

由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC放大器，如果以百萬像素計(jì)，那么就需要百萬個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。

耗電量差異

CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動(dòng)式， 必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD的電量大約是CMOS的3到10倍。CCD礙于原理特性，無法與時(shí)序電路、控制電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換等相關(guān)芯片電路一同整合封裝，而CMOS卻可以，因此在功能體積上CMOS能比CCD更小。CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢，使得攝像機(jī)的體積也就做得更小。

CMOS和CCD傳感器的應(yīng)用

CCD在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認(rèn)的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。由于數(shù)碼影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨，成為廠商的最愛，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得 CCD 與 CMOS 兩者的差異逐漸縮小 。從技術(shù)發(fā)展的角度來看：CMOS的發(fā)展空間要大得多，CCD則受到制造工藝的局限，發(fā)展空間有限。

CCD與CMOS圖像傳感器的六大硬件技術(shù)指標(biāo)

有時(shí)大家可能有這樣的疑問，同樣是高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)為什么圖像效果會(huì)有差異呢？使用同樣的配件，為什么晚上的效果也不同呢？其實(shí)這是與我們使用的sensor（即圖像傳感器）的硬件技術(shù)指標(biāo)相關(guān)的，不管是CCD還是CMOS圖像傳感器，主要有“像素、靶面尺寸、感光度、電子快門、幀率、信噪比”這六大硬件技術(shù)指標(biāo)。

像素：

傳感器上有許多感光單元，它們可以將光線轉(zhuǎn)換成電荷，從而形成對(duì)應(yīng)于景物的電子圖像。而在傳感器中，每一個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素（Pixels），像素越多，代表著它能夠感測到更多的物體細(xì)節(jié)，從而圖像就越清晰，像素越高，意味著成像效果越清晰。

關(guān)聯(lián)一下我們中維世紀(jì)的產(chǎn)品：100W網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)分辨率是1280X720，兩個(gè)值相乘得出的就是像素值，就是近100萬個(gè)像素點(diǎn)，130W的分辨率是1280X960，像素值就是近130萬個(gè)像素點(diǎn)。從圖像效果上看，130W的效果比100W的要好一些。

靶面尺寸：

圖像傳感器感光部分的大小，一般用英寸來表示。和電視機(jī)一樣，通常這個(gè)數(shù)據(jù)指的是這個(gè)圖像傳感器的對(duì)角線長度，如 常見的有1/3英寸，靶面越大，意味著通光量越好，而靶面越小則比較容易獲得更大的景深。

比如1/2英寸可以有比較大的通光量，而1/4英寸可以比較容易獲得較大的景深。”關(guān)聯(lián)一下我們中維世紀(jì)的產(chǎn)品：100W產(chǎn)品是1/4英寸，130W是1/3英寸，200W是1/2.7英寸，大家從畫面上就能感知到上面提到的靶面尺寸的不同帶來的圖像畫質(zhì)的變化。

感光度：

即是通過CCD或CMOS以及相關(guān)的電子線路感應(yīng)入射光線的強(qiáng)弱。感光度越高，感光面對(duì)光的敏感度就越強(qiáng)，快門速度就越高，這在拍攝運(yùn)動(dòng)車輛，夜間監(jiān)控的時(shí)候尤其顯得重要。

這就是解釋了為什么不同的攝像機(jī)夜視會(huì)有很大差別，感光度的單位是V/LUX-SEC，V（伏）就是我們通常說的電壓的單位，LUX-SEC：是光強(qiáng)弱的單位，這個(gè)比值越大，夜視效果越好。

電子快門：

是比照照相機(jī)的機(jī)械快門功能提出的一個(gè)術(shù)語。其控制圖像傳感器的感光時(shí)間，由于圖像傳感器的感光值就是信號(hào)電荷的積累，感光越長，信號(hào)電荷積累時(shí)間也越長，輸出信號(hào)電流的幅值也越大。電子快門越快，感光度越低，適合在強(qiáng)光下拍攝。

幀率：

既指單位時(shí)間所記錄或者播放的圖片的數(shù)量。連續(xù)播放一系列圖片就會(huì)產(chǎn)生動(dòng)畫效果，根據(jù)人類的視覺系統(tǒng)，當(dāng)圖片的播放速度大于15幅/秒（即15幀）的時(shí)候， 人眼就基本看不出來圖片的跳躍；在達(dá)到24幅/s～30幅/s（即24幀到30幀）之間時(shí)就已經(jīng)基本覺察不到閃爍現(xiàn)象了。

每秒的幀數(shù)（fps）或者說幀率表示圖形傳感器在處理場時(shí)每秒鐘能夠更新的次數(shù)。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的視覺體驗(yàn)。

信噪比：

是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，信噪比的單位用dB來表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)AGC接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。

信噪比的典型值為45～55dB，若為50dB，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60dB，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲，信噪比越大說明對(duì)噪聲的控制越好。這個(gè)參數(shù)關(guān)系的圖像中噪點(diǎn)的數(shù)量，信噪比越高，給人感覺畫面越干凈，夜視的畫面中點(diǎn)狀的噪點(diǎn)就越少。
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