ccd和cmos的技术特点及分类

《ccd和cmos的技术特点及分类》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、CCD和CMOS的技术特点及分类CCD和CMOS的技术特点及分类在可以预见的未来，CCD和CMOS两种传感器将在各自的成像领域中扮演重要的角色。那些成功的高端图像捕捉应用用户将不止考虑基本的技术因素，而且还必须考虑其持续发展性、适应性和技术支持性。他们将会在CCD和CMOS传感器供货商的保证下在这种动态技术发展环境中作出长远的考虑。CCD和CMOS图像传感器均以象素化的金属氧化半导体构成。它们的每个象素通过积累与入射光强成比例的信号电荷完成与空间一一对应的采样功能。当曝光结束以后，CCD传感器将信号电荷包按照一定的次序转移到一个公共的输出结构中，在这里信号电荷被转换为

2、电压，同时作为一个缓冲区域将其送出。在CMOS图像传感器中，信号电荷到电压的转换在每个象素内部进行。这种信号读出结构的不同带来了两种传感器不同的内部结构、适用性以及各自的局限性。在CCD传感器中，大部分功能在相机的印刷电路板中生成。如果应用需要变化，设计师只要重新设计这个电路板而不必重新设计图像传感器。而CMOS图像传感器在象素内部完成电荷－电压的转换，并且大部分功能被集成在了传感器内部。虽然如此会降低传感器的应用灵活性，但是却增加了其在恶劣环境中的可靠性。下面是图像传感器的八个主要特性参数：1．灵敏度（RESPONSIVITY）：传感器对单位光照积累信号的能力。一般

3、来说，由于CMOS传感器的增益部分可以在内部轻易实现，因此它比CCD要或多或少地占些优势。两者内部的互补晶体管电路可以允许低功耗、高增益的放大输出，CCD相对要消耗更多的能量。某些CCD生产商正在通过最新的读出放大技术改善这种状况。2．动态范围（DYNAMICRANGE）：传感器象素达到饱和时的电压输出于其能够响应的最低光照的电压输出的比值。通常CCD的动态范围比CMOS传感器高出约1倍左右。同时，CCD器件由于芯片内部集成器件少而有着更低的噪声输出。在外部，通过对CCD芯片的制冷技术、采用更好的光学系统，可以实现比CMOS器件更高的分辨率和适应性。3．象素均匀性（U

4、NIFORMITY）：在理想均匀光照条件下各个象素输出的差异。理想状态下各个象素在均匀光照的条件下的输出应当是相同的，但是由于现有的芯片工艺在空间上的差异，尤其是其中的暇疪和放大器参数的不一致，造成的象素输出是非均匀的。需要注意的是在光照条件下的均匀性和接近全暗条件下的均匀性（后者为暗电流噪声）是两个不同的概念。CMOS传感器在上述两种条件下的均匀性均处于劣势，这是由于它的每个象素都包含一个开环输出放大器，而放大器的增益、偏置等参数在目前的芯片工艺下无法达到很高的一致性。某些人甚至预测随着几何尺寸的缩减和差异的增加，CCD将最终击败CMOS传感器。尽管如此，基于反馈的

5、放大器结构可以在光照条件下对增益和均匀性作最佳的折衷处理。这种放大器结构可以使得CMOS传感器的光照均匀性接近CCD传感器的水平。另一方面，CMOS的放大器在偏置参数上仍无法保证均匀性，这主要的表现就是无光照条件下的均匀性参数。尽管CMOS的生产商采取各种方法降低这种非均匀性，但是现在它仍然无法达到CCD的水平。这个参数在高速应用中尤为重要，因为这种非均匀性在高速使用时将对整体输出起到显著影响。4．快门速度：开始和结束曝光的能力。这是基本上所有消费级和大部分工业级CCD的标准参数，尤其是在隔行转移器件中，它也是机器视觉应用中一个极重要的参数。CCD可以采用高级的电子快

6、门技术，在损失最小的填充率（即有效曝光区域和传感器有效感光区域物理尺寸的比值）上达到最佳的折衷，即使是小象素的CCD传感器也是如此。在CMOS器件中实现均匀的电子快门需要为CMOS的每个象素增加许多晶体管电路。线上阵CMOS器件中，电子快门因为可以在与每个象素对应的有效感光部分放置而不会影响到填充率。而在面阵CMOS传感器中，电子快门则会影响到填充率参数，因为增加的不透光的电子快门晶体管电路将放置在每个象素的光敏区域中，面阵CMOS图像传感器的设计师通过下面两种方法解决这个问题：快门速度对于诸如军事目标识别和采集应用尤为重要，“滚动快门”可以在CMOS器件上实现开启和

7、关闭快门的功能，但是却会使得运动物体的图像变形。采用一个非均匀的快门，称之为滚动快门，通过对不同的扫描线在不同的时间曝光实现整体曝光（类似于传统相机的快门幕帘）。这样可以减少象素间的电子快门晶体管电路，提高填充率。这对于消费级应用是可以接受的，但是在高端应用中，它却会造成对运动物体的成像变形产生。采用均匀的同步快门，有时也称作非滚动快门（类似于传统相机的镜间快门），对所有象素同时曝光，没有成像变形存在，但是却增加了单位象素的面积。用户必须自己选择使用体积小的、低填充率的、低成本的这种器件还是体积大的、高填充率的和昂贵的器件。快门速度对于诸如军事目标识