自動化集成系統(tǒng)配套服務商-日弘智能今天為大家講講機器視覺中CCD與CMOS有什么區(qū)別?機器視覺中CCD與CMOS的基本知識。

　　CCD

　　機器視覺CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

　　CCD的比較顯著特點是：1.技術(shù)成熟;2.成像質(zhì)量高;3.靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大;4.響應速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像;5.應用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確。

　　評價一個CCD傳感器好壞的指標有很多，例如像素數(shù)、CCD尺寸、信噪比等等。其中像素數(shù)以及CCD的尺寸是最重要的指標。像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。

　　我們可以把我們所拍攝到的畫面理解為由很多個小的點組成，每個點就是一個像素。顯然，像素數(shù)越多，畫面就會越清晰，如果CCD沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響。

　　因此，CCD的像素數(shù)量應該越多越好。但是為了得到更好的畫質(zhì)而增加了CCD的像素數(shù)后又必定會導致一個問題，那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。

　　所以針對成本等一系列的問題，一種成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS傳感器橫空出世了。

　　CMOS

　　CMOS本是計算機系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導最基本的資料。

　　CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶負電的N極和帶正電的P極的半導體，這兩個一正一負互補效應所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和轉(zhuǎn)換成影像。后來發(fā)現(xiàn)CMOS經(jīng)過加工也可以作為數(shù)碼攝影中的圖像傳感器。

　　CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器、時序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。

　　CMOS的光電信息轉(zhuǎn)換功能與CCD的基本相似，區(qū)別就在于這兩種傳感器的光電轉(zhuǎn)換后信息傳送的方式不同。

　　CMOS構(gòu)成

　　CMOS具有讀取信息的方式簡單、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、價格低等特點。

　　正是考慮到CMOS傳感器的制作成本以及成品率都要高于CCD傳感器，所以幾個知名廠商自2000年起就開始加大對CMOS這種傳感器的研發(fā)工作，目前CMOS的成長率已經(jīng)達到了幾倍于CCD的水平。

　　我們可以看到，即使在早期尼康公司的數(shù)碼單反產(chǎn)品中還會有一些型號的相機使用CCD傳感器，但是無論是尼康、索尼還是佳能在近幾年所推出的數(shù)碼相機里，我們基本已經(jīng)很難再看到CCD的蹤影了。

　　雖然使用CMOS傳感器會節(jié)約相機的成本，但是成像質(zhì)量對于相機來說仍然是最重要的，CMOS相比起CCD來說最大的致命傷就是畫質(zhì)，這是因為早期的CMOS有個明顯的缺點，就是在電流變化時頻率變快，因此不可避免的會產(chǎn)生熱量，最終造成畫面出現(xiàn)雜點影響成像質(zhì)量。

　　如果拿CCD和CMOS這兩種傳感器來比較的話，CCD這種傳感器的最大的優(yōu)點在于成像質(zhì)量高，而CMOS最大的優(yōu)點就在于成本低便于批量生產(chǎn)，而隨著CMOS的缺點在不斷的被完善。

　　目前一些中畫幅數(shù)碼相機或數(shù)碼后背仍然在使用CCD傳感器，這是因為不同產(chǎn)品對畫質(zhì)有著不同的要求，所以那些中畫幅的數(shù)碼產(chǎn)品也的價格也往往會高出普通數(shù)碼相機許多。

　　因此，可以說將來的相機市場的主要發(fā)展方向仍然會是以CMOS作為核心，并在這個基礎上不斷提高CMOS的分辨率以及靈敏度等等。

　　時代在進步，節(jié)約成本是每個商家都在堅持的經(jīng)商法則，CCD的未來不一定在相機市場里，在其他領域，CCD也會憑借著自身的優(yōu)勢而被廣泛的使用。

　　CCD與CMOS的比較

　　1、成像過程

　　CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料，因而受光后產(chǎn)生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：CCD 是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉(zhuǎn)移，整個電路非常復雜，讀出速率慢;CMOS 則以類似 DRAM的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

　　2、集成度

　　采用特殊技術(shù)的CCD讀出電路比較復雜，很難將A/D轉(zhuǎn)換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上，一般需要 3～8 個芯片組合實現(xiàn)，同時還需要一個多通道非標準供電電壓。

　　借助于大規(guī)模集成制造工藝，CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數(shù)CMOS圖像傳感器同時具有模擬和數(shù)字輸出信號。

　　3、電源、功耗和體積

　　CCD 需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。CMOS 只需一個單電源(3V~5 V)供電，其功耗相當于 CCD 的1/10，高度集成CMOS 芯片可以做的相當小。

　　4、性能指標

　　CCD 技術(shù)已經(jīng)相當成熟，而 CMOS 正處于蓬勃發(fā)展時期，雖然目前高端CMOS圖像質(zhì)量暫時不如CCD，但有些指標(如傳輸速率等方面)已超過CCD。由于CMOS具有諸多優(yōu)點，國內(nèi)外許多機構(gòu)已經(jīng)應用CMOS圖像傳感器開發(fā)出眾多產(chǎn)品。

　　總結(jié)

　　目前，隨著CMOS集成工藝的不斷進步，一些CMOS芯片感光能力已不弱于同像素的CCD。而近年來背照式CMOS的產(chǎn)生與成熟，使其全面替代CCD成為市場上的主流趨勢。

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