什么是CCD攝像頭?

什么是CCD攝像頭?

我們首先講一下CCD是什么意思：電荷耦合器件（Charge?? Couple?? Device， 簡稱CCD）是一種金屬氧化物半導體（MOS）集成電路器件。它以電荷作為信號, 基本功能是進行電荷的存儲和電荷的轉(zhuǎn)移。 CCD自1970年問世以來, 由于其獨特的性能而發(fā)展迅速, 廣泛應用于自動控制和自動測量, 尤其適用于圖像識別技術(shù)。

CCD它使用一種高感光度的半導體材料制成，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，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。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.

不管，CCD 或
　　 CMOS，基本上兩者都是利用矽感光二極體（photodiode）進行光與電的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的原理與各位手上具備“太陽電能”電子計算機的“太陽能電池”效應相近，光線越強、電力越強；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。
　　 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，按我們在上一講“CCD
　　 感光元件的工作原理（上）”中所提之內(nèi)容。CCD每曝光一次，在快門關閉后進行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個像素（pixel）的電荷信號依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導輸出至
　　 CCD 旁的放大器進行放大，再串聯(lián) ADC 輸出；相對地，CMOS 的設計中每個像素旁就直接連著
　　 ADC（放大兼類比數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器），訊號直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。
　　 兩者優(yōu)缺點的比較
　　 CCD CMOS
　　 設計 單一感光器 感光器連接放大器
　　 靈敏度 同樣面積下高 感光開口小，靈敏度低
　　 成本 線路品質(zhì)影響程度高，成本高 CMOS整合集成，成本低
　　 解析度 連接復雜度低，解析度高 低，新技術(shù)高
　　 噪點比 單一放大，噪點低 百萬放大，噪點高
　　 功耗比 需外加電壓，功耗高 直接放大，功耗低
　　 由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以表列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在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個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，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個像素的資料。
　　 整體來說，CCD 與 CMOS 兩種設計的應用，反應在成像效果上，形成包括 ISO
　　感光度、制造成本、解析度、噪點與耗電量等，不同類型的差異：
　　 ISO 感光度差異：由于 CMOS 每個像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設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的感光度會低于CCD。
　　 成本差異：CMOS 應用半導體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負擔的成本 和良率的損失；相對地
　　 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個像素故障（Fail），就會導致一整排的
　　 訊號壅塞，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的制造成本相對高于CMOS。
　　 解析度差異：在第一點“感光度差異”中，由于 CMOS 每個像素的結(jié)構(gòu)比 CCD 復雜，其感光開口不及CCD大，
　　 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時，CCD感光器的解析度通常會優(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)可達到1400萬 像素 / 全片幅的設計，CMOS 技術(shù)在量率上的優(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。
　　 噪點差異：由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個 ADC 放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的 ADC
　　 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達到放大同步的效果，對比單一個放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪點就比較多。
　　 耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動式，
　　 必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。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計和耐壓強度，高驅(qū)動電壓使 CCD 的電量遠高于CMOS。
　　 盡管 CCD 在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認的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
　　 。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進目標，以期進入照相手機的行動通訊市場；CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合，藉由后續(xù)的影像處理修正噪點以及畫質(zhì)表現(xiàn)，
　　 特別是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功，足見高速影像處理晶片已經(jīng)可以勝任高像素 CMOS 。所產(chǎn)生的影像處理時間與能力的縮短；另外，大尺寸全片幅則以 Kodak DCS Pro14n、DCS Pro/n、DCS Pro/c。

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