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CCD传感器和CMOS传感器特点对比

  目前市场上有CCD和CMOS两种用于工业相机的图像芯片,视觉应用中采用哪种芯片,完全要视具体情形而定。CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。

  

 

  灵敏度对比

  CCD灵敏度比CMOS灵敏度高。由于传统CMOS传感器成像设计是每个象素至少由一个感光二极管、一个放大器与一个A/D转换电路构成。这样使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积,因此在象素尺寸相同的情况下,CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。

  

 

  而对于后期新技术开发的各种背照式CMOS产品,由于在结构上设计有大大的改善,可以将感光二极管放在感应器表面,而其它电子元件放在感应器下面,这样大大的提高感应器灵敏度。

  

 

  分辨率对比

  CCD分辨率高高于CMOS分辨率。由于CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器的复杂,其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平。因此,在感应器相同尺寸的较小面积的情况下,CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。

  

 

  而比较大面积的传感器时,结果则不同,但是目前市面上大面积的CCD更是少见,一般为2/3’。而CMOS在大面积尺寸上有较完美的表现,如1’及以上的尺寸,可以做到很高的分辨率,也可以做到清晰的图像效果,但是一般应用在单反相机中。

  

 

  成本对比

  CCD成本相对偏高。由于CMOS传感器采用半导体电路最常用的CMOS工艺,可以方便地将自动增益控制电路、相关双取样电路、DSP等周边电路集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本预算。

  

 

  另外,由于CCD采用电荷传递的方式传送数据,只要其中有一个象素运行出错,就会导致一整排的数据不能传送。因此从制造成本上说,控制CCD传感器的良率比CMOS传感器困难许多,间接的导致了成本的上涨。

  即使有经验的制造商也很难段时间内将良率突破 50%的水平,因此,CCD传感器的成本明显高于CMOS传感器。

  

 

  噪声对比

  CMOS噪声比较高,主要是CMOS传感器的每个感光二极管都需要配备一个放大器,由于放大器属于模拟电路,很难让每个放大器所得到的结果保持一致。而CCD传感器只有一个放大器放在芯片边缘上,相比之下,CMOS传感器的噪声会增加很多,影响图像质量。

  

 

  采集速度对比

  CCD采集速度比较低,这里讲的采集速度,不是指采集单张图片所需要的时间,而是指相机的连拍速度。CCD由于需要电荷连续传递,因此其连续采集速度会低于CMOS。

  因此当像素较高时,如常用的1600万像素民用相机,CCD的连拍速度可能只有2帧每秒,但是CMOS的可能做到10帧每秒。所以在民用相机的选择下,做高速高分辨率图像采集分析时,一般优先选择CMOS的相机。而在工业领域,则优先选择CCD相机。

  

 

  功耗对比

  CCD功耗比较高,因为CCD传感器为被动式采集,需外加电压让每个象素中的电荷移动,通常外加电压需要达到12~18V。而CMOS传感器的图像采集方式为主动式,感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出。

  因此,CCD传感器需要在电源电路设计上下考虑功耗问题,而高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。

  

 

  发展前景

  由于技术原因,目前行业CCD芯片的占有率相对较少,而且CCD芯片的工业相机成本相对较贵,这对于其发展也是一个阻碍。

  目前,CMOS 是高速成像青睐的技术,由于制造简单,国内众多厂商都可以自己生产,技术上也可以快速成型。正因为这样,其发展前景会更理想,而且同样分辨率的产品,CMOS的成本也是一大优势,这也会推动CMOS的高速发展。

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