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CCD是什麼意思?什麼是CCD攝像頭?

admin @ 2014-03-17 , reply:0

概述

CCD是什麼意思?什麼是CCD攝像頭?我們首先講一下CCD是什麼意思:電荷耦合器件(Charge  Couple  Device,簡稱CCD)是一種金屬氧化物半……

CCD是什麼意思?什麼是CCD攝像頭?

我們首先講一下CCD是什麼意思: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移。 CCD自1970年問世以來, 由於其獨特的性能而發展迅速, 廣泛應用於自動控制和自動測量, 尤其適用於圖像識別技術。

CCD它使用一種高感光度的半導體材料製成,能把光線轉變成電荷,通過模數轉換器晶元轉換成數字信號,數字信號經過壓縮以後由相機內部的閃速存儲器或內置硬碟卡保存,因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機,並藉助於計算機的處理手段,根據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生的信號加在一起,就構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)進行光與電的轉換。這種轉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,將光影像轉換為電子數字信號。
   比較 CCD 和 CMOS 的結構,ADC的位置和數量是最大的不同。簡單的說,按我們在上一講“CCD
   感光元件的工作原理(上)”中所提之內容。CCD每曝光一次,在快門關閉後進行像素轉移處理,將每一行中每一個像素(pixel)的電荷信號依序傳入“緩衝器”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 ADC 輸出;相對地,CMOS 的設計中每個像素旁就直接連著
   ADC(放大兼類比數字信號轉換器),訊號直接放大並轉換成數字信號。
   兩者優缺點的比較
   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 線路品質影響程度高,成本高 CMOS整合集成,成本低
   解析度 連接複雜度低,解析度高 低,新技術高
   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
   由於構造上的基本差異,我們可以表列出兩者在性能上的表現之不同。CCD的特色在於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一處理,可以保持資料的完整性;CMOS的製程較簡單,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、製造成本、解析度、噪點與耗電量等,不同類型的差異:
   ISO 感光度差異:由於 CMOS 每個像素包含了放大器與A/D轉換電路,過多的額外設備壓縮單一像素的感光區域的表面積,因此
   相同像素下,同樣大小之感光器尺寸,CMOS的感光度會低於CCD。
   成本差異:CMOS 應用半導體工業常用的 MOS製程,可以一次整合全部周邊設施於單晶片中,節省加工晶片所需負擔的成本 和良率的損失;相對地
   CCD 採用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須另闢傳輸通道,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,加上另闢傳輸通道和外加 ADC 等周邊,CCD的製造成本相對高於CMOS。
   解析度差異:在第一點“感光度差異”中,由於 CMOS 每個像素的結構比 CCD 複雜,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於CMOS。不過,如果跳脫尺寸限制,目前業界的CMOS
   感光原件已經可達到1400萬 像素 / 全片幅的設計,CMOS 技術在量率上的優勢可以克服大尺寸感光原件製造上的困難,特別是全片幅
   24mm-by-36mm 這樣的大小。
   噪點差異:由於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,那麼就需要百萬個以上的 ADC
   放大器,雖然是統一製造下的產品,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的影像電荷驅動方式為主動式,感光二極體所產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,高驅動電壓使 CCD 的電量遠高於CMOS。
   儘管 CCD 在影像品質等各方面均優於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。
   由於數碼影像的需求熱烈,CMOS的低成本和穩定供貨,成為廠商的最愛,也因此其製造技術不斷地改良更新,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合,藉由後續的影像處理修正噪點以及畫質表現,
   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可以勝任高像素 CMOS 。所產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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