來源:中國安防展覽網整理
在現代安防監控中,高清與智慧化是兩大不可避免的主流趨勢,而要實現高清與智慧化的要求,圖像感測器在其中的作用必不可少。而在圖像感測器中,主要有CCD和CMOS兩種晶片,在早期CCD晶片在標清時代得到來的很好的應用,但是隨著高清是時代的到來,已經CMOS技術的改進,這兩種晶片誰更適合高清呢?
圖像感測器CCD與CMOS兩種晶片
早期,我們通常認為圖像畫質優秀的設備都採用CCD感測器,而低成本產品則使用CMOS感測器。但是新的CMOS晶片技術已經克服了早期CMOS感測器的技術弱點,感測器的設計上相比老產品提升了低照性能、曝光模式等。
CCD(Charge
Coupled Device),即“電荷耦合器件”,以百萬像素為單位。數位相機規格中的多少百萬像素,指的就是CCD的解析度。CCD是一種感光半導體晶片,用於捕捉圖形,廣泛運用於掃描器、影印機以及無膠片相機等設備。與膠捲的原理相似,光線穿過一個鏡頭,將圖形資訊投射到CCD上。但與膠捲不同的是,CCD既沒有能力記錄圖形資料,也沒有能力永久保存下來,甚至不具備“曝光”能力。所有圖形資料都會不停留地送入一個“類比-數位”轉換器,
一個信號處理器以及一個存放裝置(比如記憶體晶片或記憶體卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀,最大的有2×2平方英寸。1970美國貝爾實驗室發明了CCD。二十年後,人們利用這一技術製造了數位相機,將影像處理行業推進到一個全新領域。
CMOS(Complementary
Metal Oxide Semiconductor),即“互補金屬氧化物半導體”。它是電腦系統內一種重要的晶片,保存了系統引導所需的大量資料。有人發現,將CMOS加工也可以作為數位相機中的感光感測器,其便於大規模生產和成本低廉的特性是商家們夢寐以求的。
CCD與CMOS的區別體現在四個方面
1、資訊讀取方式:CCD電荷耦合器存儲的電荷資訊,需在同步信號控制下一位元一位地實施轉移後讀取,電荷資訊轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路,和三組不同的電源相配合,整個電路較為複雜。CMOS光電感測器經光電轉換後,直接產生電流(或電壓)信號,信號讀取十分簡單。
2、速度:CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下,以行為單位一位元一位元地輸出資訊,速度較慢;而CMOS光電感測器採集光信號的同時就可以取出電信號,還能同時處理各單元的圖像資訊,速度比CCD電荷耦合器快很多。
3、電源及耗電量:CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電,耗電量較大;CMOS光電感測器只需使用一個電源,耗電量非常小,僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光電感測器在節能方面具有很大優勢。
4、成像品質:CCD電荷耦合器製作技術起步早,技術成熟,採用PN結或二氧化矽(SiO2)隔離層隔離雜訊,成像品質相對CMOS光電感測器有一定優勢。由於CMOS光電感測器集成度高,各光電傳感元件、電路之間距離很近,相互之間的光、電、磁干擾較嚴重,雜訊對圖像品質影響很大,使CMOS光電感測器很長一段時間無法進入實用。近年,隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展,為生產高密度優質的CMOS圖像感測器提供了良好的條件。
高清時代誰更合適?
感測器作為攝影機的核心部件,決定著圖像品質。被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至感測器晶片上,感測器根據光的強弱進行處理,形成視訊訊號輸出。CCD和CMOS是當前被普遍採用兩種圖像感測器,兩者都利用感光二極體(photodiode)進行光電轉換,將圖像轉換為數位資料,而其主要差異是數位資料傳送的方式不同。
以性能來區分,他們基本主要體現在靈敏度,噪點處理以及功耗等方面。在相同大小面積感測器的對比中,CCD的解析度一般也要比CMOS高出不少。因此,我們在市面常見的低照度標清攝影機基本都以CCD技術作為自己的傳感設備。標清時代,CCD無疑比CMOS更受青睞。
CCD製造程序複雜,只掌握在少數廠家手中,導致其製造成本居高不下,CCD尺寸每增大一點,成本就呈幾何數增長,因此如果監控要走高清化,CCD顯然發展前景有限。而CMOS最大特點在於其成本低、功耗低。在獲得相同像素數的情況下,價格更低,具有很高性價比可以不斷朝更高圖元、更高解析度發展,而高清監控對成本是非常敏感的,也因此市面上大部分高清攝像機都採用CMOS。
CMOS與其他影像處理技術的結合要遠遠超過CCD,動態範圍更高,回應速度也更快,更適合高清監控的大資料量特點。此外,隨著技術的發展,CMOS的靈敏度也得到極大改善,在效果上,如今一些CMOS感測器與CCD已經不相上下。
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