数码相机的CCD与CMOS有什么区别? 数码相机的CCD与CMOS有什么区别?
数码相机的CCD与CMOS有什么区别?
数码相机CCD和CMOS的区别
有鉴于许多网友询问CCD与CMOS的主要差别。我们暂时撇开复杂的技术文字,透过简单
的比较来看这两种不同类型,作用相同的影像感光元件。
不管,CCD或CMOS,基本上两者都是利用矽感光二极体(photodiode)进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近,
光线越强、电力越强;反之,光线越弱、电力也越弱的道理,将光影像转换为电子数字信号。
比较CCD和C...
数码相机的CCD与CMOS有什么区别?
数码相机的CCD与CMOS有什么区别?
数码相机CCD和CMOS的区别
有鉴于许多网友询问CCD与CMOS的主要差别。我们暂时撇开复杂的技术文字,透过简单
的比较来看这两种不同类型,作用相同的影像感光元件。
不管,CCD或CMOS,基本上两者都是利用矽感光二极体(photodiode)进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近,
光线越强、电力越强;反之,光线越弱、电力也越弱的道理,将光影像转换为电子数字信号。
比较CCD和CMOS的结构,ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说,按我们在上一讲
“CCD感光元件的工作原理(上)”中所提之内容。CCD每曝光一次,在快门关闭后进行像素
转移处理,将每一行中每一个像素(pixel)的电荷信号依序传入“缓冲器”中,由底端的线
路引导输出至CCD旁的放大器进行放大,再串联ADC输出;相对地,CMOS的
中每个像素旁就直接连着ADC(放大兼类比数字信号转换器),讯号直接放大并转换成数字信号。
两者优缺点的比较
CCDCMOS
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),透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:
ISO感光度差异: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。
成本差异: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。
解析度差异: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,目前业界的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。
噪点差异: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。
耗电量差异: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。由于数码影像的需求热烈,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,以期进入照相手机的行动通讯市场;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;另外,大尺寸全片幅则以KodakDCSPro14n、DCSPro/n、DCSPro/c这一系列的数码机身为号召,CMOS未来跨足高阶的影像市场产品,前景可期。
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