什么是CMOS摄像机

时间:2023-08-09 10:31:02 丽华 数码 我要投稿

什么是CMOS摄像机

  摄像机从感光元件上来说,可以分为CMOS摄像机和CCD摄像机,那么到底CMOS摄像机是什么呢?以下是小编为大家整理的什么是CMOS摄像机,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。

  CMOS摄像机是什么

  CMOS传感器是一种通常比CCD传感器低10倍感光度的传感器。因为人眼能看到1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标,CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux,是CMOS传感器感光度的3到10倍。

  CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内,CMOS传感器有固定比CCD传感器高10倍的噪音,固定的图案噪音始终停留在屏幕上好像那就是一个图案,因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用,因此大量应用的所有摄像机都是用了CCD传感器,CMOS传感器一般用于非常低端的家庭安全方面。

  有2个例外,CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度,CMOS传感器非常快速,比CCD传感器要快10到100倍,因此非常适用于特殊应用如high ens DSC camera (Cannon D-30)或者高帧摄像机。

  CMOS传感器可以将所有逻辑和控制环都放在同一个硅芯片块上,可以使摄像机变得简单并易于携带,因此CMOS摄像机可以做得非常小。

  CMOS摄像机尽管耗能同样或者高于CCD摄像机,但是CMOS传感器使用很少的圆环如CDS,TG和DSP环,所以同样尺寸的总能量消耗比CCD摄像机减少了1/2到1/4。

  一般CCD摄像机的消耗12伏特/150到300毫安,因此比CMOS的5到12伏特和35到70毫安高出了2到4倍。

  有趣的是,尽管CCD表示“电荷耦合器件”而CMOS表示“互补金属氧化物半导体”,但是不论CCD或者CMOS对于图像感应都没有用,真正感应的传感器称做“图像半导体”,CCD和CMOS传感器(暂且如此称呼)实际使用的都是同一种传感器“图像半导体”,图像半导体是一个P N结合半导体,能够转换光线的光子爆炸结合处成为成比例数量的电子。电子的数量被计算信号的电压,光线进入图像半导体得越多,电子产生的也越多,从传感器输出的电压也越高。

  CCD称为“电荷耦合器件” ,CCD实际上只是一个把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法。

  CMOS称为“互补金属氧化物半导体”,CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术,没有更多的含义。传感器被称为CMOS传感器只是为了区别于CCD传感器,与传感器处理影像的真正方法无关。

  CMOS传感器不需要复杂的处理过程,直接将图像半导体产生的电子转变成电压信号,因此就非常快。这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用,高帧速度能达到400到2000帧/秒。这个优点对于眺望高速移动的物体非常有用,然而由于没有高速的数字讯号处理器,所以市场上只有很少的高速摄像机并一般价格都非常高。

  摄像头种类:

  一、CMOS,二、CCD;CMOS一般应用在普通数码设备中,CCD一般应用高档数码设备中,都是光学成像,CCD比CMOS单位成像的效果要好。CCD镜头比CMOS颜色还原要好分辨率要高。

  比较

  CCD与CMOS

  设计单一感光器感光器连接放大器

  灵敏度同样面积下高感光开口小,灵敏度低

  成本线路品质影响程度高,成本高CMOS整合集成,成本低

  解析度连接复杂度低,解析度高低,新技术高

  噪点比单一放大,噪点低百万放大,噪点高

  功耗比需外加电压,功耗高直接放大,功耗低

  由于构造上的基本差异,我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真(专属通道设计),通过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理,可以保持资料的完整性;CMOS的制程较简单,没有专属通道的设计,因此必须先行放大再整合各个像素的资料。

  整体来说,CCD与CMOS两种设计的应用,反应在成像效果上,形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等,不同类型的差异:

  感光度

  由于CMOS每个像素包含了放大器与A/D转换电路,过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积,因此相同像素下,同样大小之感光器尺寸,CMOS的感光度会低于CCD。

  成本

  CMOS应用半导体工业常用的MOS制程,可以一次整合全部周边设施于单晶片中,节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失;相对地CCD采用电荷传递的方式输出资讯,必须另辟传输通道,如果通道中有一个像素故障(Fail),就会导致一整排的讯号壅塞,无法传递,因此 CCD的良率比CMOS低,加上另辟传输通道和外加ADC等周边,CCD的制造成本相对高于CMOS。

  解析度

  在第一点“感光度差异”中,由于CMOS每个像素的结构比CCD复杂,其感光开口不及CCD大,相对比较相同尺寸的 CCD与CMOS感光器时,CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过,如果跳脱尺寸限制,业界的CMOS感光原件已经可达到1400万像素/全片幅的设计,CMOS技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难,特别是全片幅24mm-by-36mm这样的大小。

  噪点

  由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器,如果以百万像素计,那么就需要百万个以上的ADC放大器,虽然是统一制造下的产品,但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在,很难达到放大同步的效果,对比单一个放大器的CCD,CMOS最终计算出的噪点就比较多。

  耗电量

  CMOS的影像电荷驱动方式为主动式,感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出;但CCD却为被动式,必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特(V)以上的水平,因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度,高驱动电压使CCD的电量远高于CMOS。

  尽管CCD在影像品质等各方面均优于CMOS,但不可否认的CMOS具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。CMOS的低成本和稳定供货,成为厂商的最爱,也因此其制造技术不断地改良更新,使得CCD与CMOS两者的差异逐渐缩小。新一代的CCD朝向耗电量减少作为改进目标,CMOS系列,则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合,藉由后续的影像处理修正噪点以及画质表现,特别是Canon系列的EOSD30、 EOS300D的成功,足见高速影像处理晶片已经可以胜任高像素CMOS所产生的影像处理时间与能力的缩短CMOS未来跨足高阶的影像市场产品,前景可期。

  市场销售的数码摄像头中以CMOS感光器件的为主。在采用CMOS为感光元器件的产品中,通过采用影像光源自动增益补强技术,自动亮度、白平衡控制技术,色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术,完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制,摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多,主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。

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