CCD對(duì)比CMOS傳感器優(yōu)劣之分淺析

CCD及CMOS在從事機(jī)器視覺(jué)或攝影等行業(yè)的朋友來(lái)說(shuō)一點(diǎn)也不陌生，目前雖然在價(jià)格上CMOS更有優(yōu)勢(shì)并且在技術(shù)上的進(jìn)步也在穩(wěn)步推進(jìn)當(dāng)中，但CCD在一些重點(diǎn)領(lǐng)域中的應(yīng)用并不見(jiàn)減少。

圖像傳感器有CCD和CMOS兩種，是機(jī)器視覺(jué)攝像機(jī)最為核心的部件。由于其工藝不同，特性相差很大。CCD具有低照度效果好、信噪比高、通透感強(qiáng)、色彩還原能力佳等優(yōu)點(diǎn)，在交通、醫(yī)療等高端領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

CCD廣泛應(yīng)用在數(shù)碼攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測(cè)技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡，和高速攝影技術(shù)如Luckyimaging。CCD在攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過(guò)攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD，即包括x、y兩個(gè)方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個(gè)方向，y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來(lái)完成。

如今，CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)外，還廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、掃描儀，以及工業(yè)視覺(jué)檢測(cè)等領(lǐng)域。此外，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進(jìn)行顯微手術(shù)等而對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。

在今日，CMOS制造工藝也被應(yīng)用于制作數(shù)碼影像器材的感光元件，尤其是片幅規(guī)格較大的單眼數(shù)碼相機(jī)。雖然在用途上與過(guò)去CMOS電路主要作為固件或計(jì)算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工藝，只是將純粹邏輯運(yùn)算的功能轉(zhuǎn)變成接收外界光線后轉(zhuǎn)化為電能，再透過(guò)芯片上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將獲得的影像訊號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)碼訊號(hào)輸出。

目前，但由于CMOS在價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)相比于CCD非常明顯，在平常生活中的應(yīng)用CMOS的范圍要大的多。但CMOS會(huì)徹底取代CCD嗎，這個(gè)問(wèn)題也許在我們看了下面的幾點(diǎn)分析或許有一個(gè)較為明確的答案。

1、高質(zhì)量監(jiān)控環(huán)境

由于放大器眾多，CMOS在每個(gè)像素點(diǎn)的一致性上顯然要明顯差別于CCD芯片產(chǎn)品。而在一些高細(xì)節(jié)的追求中，CMOS顯然與CCD相比有種心有余而力不足的感覺(jué)。多以在一些還原度要求高，或者是對(duì)細(xì)節(jié)把握更強(qiáng)的監(jiān)控場(chǎng)所來(lái)說(shuō)，CCD依然很難被CMOS所取代。

2、低照度環(huán)境

CCD傳感器的特點(diǎn)在于因?yàn)橛兄蟮母泄庠?，而帶?lái)更加強(qiáng)勁的低照度能力。因此，雖然大家在高清中對(duì)于CMOS更加的期待，不過(guò)在一些樓梯間，地下車(chē)場(chǎng)或者夜視監(jiān)控等環(huán)境的工作中，CCD顯然還要比CMOS有著更加出色的發(fā)揮。

同時(shí)，四十年來(lái)，CCD器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進(jìn)展，特別是在圖像傳感和非接觸測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。隨著CCD技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，CCD技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越來(lái)越大。CCD是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料集成，它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相應(yīng)的電荷信號(hào)，在通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成“0”或“1”的數(shù)字信號(hào)，這種數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮和程序排列后，可由閃速存儲(chǔ)器或硬盤(pán)卡保存即收光信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的電子圖像信號(hào)，可對(duì)被測(cè)物體進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量、分析。

不過(guò)，2012年CMOS圖像傳感器的銷(xiāo)售額將達(dá)到63億美元，比2011年增長(zhǎng)8%。而2011年銷(xiāo)售額為63億美元，較2010年增長(zhǎng)29%，打破了2008年的46億美元的最高歷史記錄。

最重要的是，2011年的增長(zhǎng)是自2006年以來(lái)CMOS圖像傳感器市場(chǎng)首次實(shí)現(xiàn)連續(xù)增長(zhǎng)。2009年與2007年，由于拍照手機(jī)的庫(kù)存更正，CMOS圖像傳感器市場(chǎng)銷(xiāo)售額分別下降了16%和14%。

十年前，因?yàn)榕恼帐謾C(jī)和筆記本嵌入式攝像頭的迅速擴(kuò)張，CMOS圖像傳感器市場(chǎng)銷(xiāo)售額迅速上漲，五年前又由于市場(chǎng)趨于飽和而開(kāi)始下滑，從而導(dǎo)致一部分制造商放棄了CMOS圖像傳感器市場(chǎng)。

然而，由于新應(yīng)用的層出不絕又導(dǎo)致了CMOS傳感器巨頭之間的新一輪激烈競(jìng)爭(zhēng)。在日本，分別排在第三名和第五名的索尼和東芝都提高了300mm晶圓廠的產(chǎn)能。盡管增長(zhǎng)緩慢，拍照手機(jī)仍然是CMOS傳感器的最大市場(chǎng)。

縱觀行業(yè)發(fā)展，由于CCD圖像傳感器其成像方面的優(yōu)勢(shì)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)延續(xù)采用，但同時(shí)由于其成本高、功耗大也制約了其市場(chǎng)發(fā)展的空間?？梢哉f(shuō)CMOS與CCD的各領(lǐng)風(fēng)騷，雖然彼此優(yōu)勢(shì)明顯，卻又無(wú)法將對(duì)方取代，在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域各顯身手。