網(wǎng)絡(luò)資訊：ccd 和 cmos 的異同

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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。一般而言普通的數(shù)碼相機(jī)中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。

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。一般而言普通的數(shù)碼相機(jī)中使用 CCD 芯片的成像質(zhì)量要好一些。CCD 是目前比較成熟的成像器件，CMOS 被看作未來的成像器件。

CCD 與 CMOS 相同之處

兩種類型的傳感器都以完全相同的方式檢測光。入射光子撞擊硅原子，硅原子是半導(dǎo)體。當(dāng)發(fā)生這種情況時，原子中的一個電子被提升到更高的能級(軌道)，稱為導(dǎo)帶。硅通常表現(xiàn)得像絕緣體，所以它的電子不能四處移動。但是一旦電子被提升到導(dǎo)帶，就可以自由地移動到其他相鄰的原子，就像硅是金屬一樣。什么是絕緣體變成導(dǎo)體 – 這就是硅被稱為半導(dǎo)體的原因。在光學(xué)傳感器中，這些現(xiàn)在可移動的電子被稱為光電子。

兩種類型的傳感器都使用像素。像素只是硅的一個小方形區(qū)域，它收集并保持這些光電子。通常的比喻是田間的一系列水桶，每個都收集雨水。如果你想知道在該領(lǐng)域的任何部分下雨了多少，你只需要測量每個桶的充滿程度。到目前為止，CCD 和 CMOS 的一切都是一樣的; 這是一個非常不同的測量過程。

CCD 與 CMOS 不同之處

電荷耦合器件(CCD)是更老，更成熟的技術(shù)。這些芯片采用 NMOS 或 PMOS 技術(shù)制造，這種技術(shù)在 70 年代很流行，但在今天很少使用。在讀出期間，CCD 將電子從像素移動到像素，就像桶式旅一樣。它們通過傳感器一角的讀出放大器一個接一個地移出。這樣做的最大好處是每個像素都以相同的方式測量。使用單個讀出放大器使讀出過程非常一致。這樣可以生成具有低固定模式噪聲和讀取噪聲的高質(zhì)量數(shù)據(jù)。像素中也沒有浪費的空間，這是 CMOS 傳感器的問題。將所有光電子混洗到器件的一個角落確實限制了讀出速度;

大多數(shù)現(xiàn)代電子產(chǎn)品都是采用 CMOS 技術(shù)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體制造的。CMOS 器件使用 NMOS 和 PMOS 晶體管，這使它們具有出色的開關(guān)特性。使用 CMOS 技術(shù)構(gòu)建傳感器可以使用其他電子元件，例如模數(shù)轉(zhuǎn)換器。CMOS 傳感器中的每個像素都有自己的讀出放大器，通常傳感器每列都有 A / D 轉(zhuǎn)換器; 這使得可以非?？焖俚刈x出陣列。位于每個像素的晶體管占用一些空間，導(dǎo)致靈敏度和井深度較低。除了速度之外，開發(fā) CMOS 傳感器的主要動機(jī)是成本，而不是性能。多年來，CMOS 傳感器的靈敏度，噪聲和暗電流性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于 CCD 傳感器。

CMOS 傳感器不需要復(fù)雜的外部時鐘驅(qū)動器電子器件，可產(chǎn)生精確的電壓和波形，以在傳感器周圍移動電荷。它們不需要復(fù)雜的外部讀出電子器件，雙相關(guān)采樣器和 A / D 轉(zhuǎn)換器。讀出所需的所有電子元件都內(nèi)置于傳感器中。單芯片只需要干凈的電源即可提供良好的圖像，并可直接以數(shù)字方式讀出。這就是 CMOS 傳感器在成本方面具有很大優(yōu)勢的原因。也就是說，對于科學(xué)應(yīng)用而言，無論傳感器類型如何，支持冷卻傳感器所需的額外機(jī)械和電子硬件仍然是主要的成本驅(qū)動因素。

隨著時間的推移，更成熟的 CCD 技術(shù)通過許多創(chuàng)新得到增強(qiáng)，無論大小。Interline 傳感器專為更高速度和無快門操作而開發(fā)。通過在芯片頂部的讀出電極周圍引導(dǎo)光，添加微透鏡以提高靈敏度。背照式變薄傳感器避免光線通過電極和其他結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致量子效率接近 100%; 然而，準(zhǔn)確地減薄傳感器是困難和昂貴的。還開發(fā)了具有令人難以置信的低讀取噪聲的電子倍增器件(EMCCD)。其中一些創(chuàng)新也可以應(yīng)用于 CMOS 傳感器，包括背照式和微透鏡技術(shù)。其他如 EMCCD 技術(shù)特定于 CCD 架構(gòu)。當(dāng)然，CMOS 器件制造商采用了適用的技術(shù)，提高了傳感器的性能。這有助于縮小 CMOS 和 CCD 之間的成像性能差距。

除采用這些技術(shù)外，CMOS 傳感器的整體架構(gòu)也有所改進(jìn); 例如，使用各種方法來減小讀出晶體管對傳感器的敏感區(qū)域的影響，以及其他方法以減少電噪聲。一些現(xiàn)代 CMOS 傳感器具有與 CCD 傳感器相當(dāng)?shù)男阅?，并且在某些情況下在某些方面超過了它們的性能。最近的科學(xué)級 CMOS 器件，例如 GPixel GENSE400BSI，具有極高的量子效率和極低的讀取噪聲，在某些工作模式下大約為 1.5 個電子。

長曝光應(yīng)用的一個主要缺點是“放大器發(fā)光”現(xiàn)象。這是由片上放大器引起的雜散光。所有偏置的半導(dǎo)體都通過 LED 工作的相同機(jī)制產(chǎn)生少量光。通過在長時間曝光期間降低提供給片上放大器的電壓，可以在 CCD 傳感器上輕松克服這種寄生發(fā)光。CMOS 傳感器在板上具有更多的有源電子器件，并且它們通常在成像期間不能關(guān)閉或處于低功率狀態(tài)。因此，傳感器通?？梢栽趲追昼妰?nèi)因放大器發(fā)光而飽和。即使使用較短的曝光和堆疊，也會產(chǎn)生光子散粒噪聲和額外的讀取噪聲。在目前的技術(shù)狀態(tài)下，放大器發(fā)光對于諸如天文學(xué)的長曝光應(yīng)用來說可能是一個顯著的缺點。

簡單總結(jié)

如今的 CMOS 傳感器由于其低成本和快速讀出速度而在視頻，智能手機(jī)和 DSLR(數(shù)碼相機(jī))應(yīng)用中成為 CCD 傳感器的主導(dǎo)。他們也正在進(jìn)入科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域。隨著時間的推移，我們可以預(yù)期 CMOS 將在更高性能的應(yīng)用中逐漸取代 CCD。CCD 技術(shù)目前在井深，放大器發(fā)光和大陣列傳感器方面仍具有優(yōu)勢。但差距繼續(xù)縮小，我們預(yù)計在未來 5 到 10 年內(nèi)，許多高性能成像應(yīng)用中都會出現(xiàn) CMOS 替代 CCD。但是，有一段時間內(nèi)，最高性能的應(yīng)用仍然可以使用 EMCCD 或背照式薄型 CCD 技術(shù)。

以上就是關(guān)于ccd 和 cmos 的異同這方面的一些信息了 小編整理的這些訊息希望對童鞋們有所幫助。