圖像傳感器大行其道，除了手機(jī)這些應(yīng)用不容小覷

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器早已被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、醫(yī)療電子、航空電子等領(lǐng)域，本文就將介紹圖像傳感器常用的應(yīng)用領(lǐng)域及具體的應(yīng)用情況。

數(shù)碼相機(jī)

早期，在數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域，CCD是無可爭議的霸主，絕大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端單反相機(jī)型號上采用CMOS元件。不過近年來，CMOS發(fā)展勢頭迅猛，幾乎已經(jīng)在家用單反相機(jī)中一統(tǒng)江湖。

CCD元件的色彩飽和度好，圖像較為銳利，質(zhì)感更加真實(shí)，特別是在較低感光度下的表現(xiàn)很好。不過，CCD元件的制造成本高，在高感光度下的表現(xiàn)不太好，而且功耗較大。

CMOS的色彩飽和度和質(zhì)感則略差于CCD，但處理芯片可以彌補(bǔ)這些差距。重要的是，CMOS具備硬件降噪機(jī)制，在高感光度下的表現(xiàn)要好于CCD，此外，它的讀取速度也更快。

這些特性特別適合性能較高的單反相機(jī)，因此目前市場中常見的單反數(shù)碼相機(jī)幾乎都采用了CMOS傳感器。這些裝備了CMOS傳感器的數(shù)碼相機(jī)甚至具備了拍攝全高清（FullHD）視頻的能力，這是使用CCD的數(shù)碼相機(jī)目前無法做到的。

CMOS另一個優(yōu)勢就是非常省電，只有普通CCD的1/3左右。雖然CMOS元件在低感光度下的表現(xiàn)比CCD差，特別是在小尺寸的家用消費(fèi)類相機(jī)成像元件上，由于像素面積小，這個缺陷就更為明顯。

智能手機(jī)

我們知道相比于CCD傳感器，CMOS傳感器在功耗、體積及制造成本方面有著不可比擬的優(yōu)勢，而這些正在生產(chǎn)廠家在大規(guī)模市場應(yīng)用中絕對不可忽視的因素。得益于智能手機(jī)、汽車行駛記錄儀及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場近幾年的高速增長，CMOS傳感器在資金、技術(shù)投入方面獲得了巨大支持。

據(jù)估測，受手機(jī)市場和汽車市場的推動，CMOS圖像傳感器市場從2014年開始，至2020年間的年均增長率將保持在10.6％左右，到2020年，市場規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到162億美元。

CMOS市場藍(lán)圖

為了實(shí)現(xiàn)低能耗和小型組件的高度集成，CMOS設(shè)計(jì)師開始關(guān)注開發(fā)手機(jī)成像器——世界上規(guī)模最大的成像器應(yīng)用。大量資金投入到開發(fā)和微調(diào)CMOS成像器及其生產(chǎn)工藝方面。正因?yàn)榇?，CMOS成像器的圖像質(zhì)量即使在像素尺寸收縮的情況下仍然大為改善。

需要說明的是感光元件只是手機(jī)類攝像頭組成中不可或缺的一部分，但不是成像質(zhì)量的決定性因素，這其中還包括廠商通過軟件對硬件的優(yōu)化調(diào)校，使其讓人感覺最好的效果，這也是目前各家廠商在手機(jī)攝像畫質(zhì)方面效果差異最大的決定性因素之一。

航天、醫(yī)學(xué)以及專業(yè)定制領(lǐng)域

1990年美國國家航空航天局采用CCD數(shù)字成像技術(shù)，將有史以來最大最精確的“哈勃”空間望遠(yuǎn)鏡送上了太空軌道。從1.6萬公里以外的螢火蟲，到相距130億光年的古老星系，她成功的創(chuàng)造了一個個空間觀測奇跡，包括發(fā)現(xiàn)黑洞存在的證據(jù)，探測到恒星和星系的早期形成過程。

這就是我們都熟知的哈勃空間望遠(yuǎn)鏡中的CCD應(yīng)用。用一幅圖，就足以證明CCD的偉大。

哈勃星云

2011年7月，歐空局為新衛(wèi)星配十億像素數(shù)碼相機(jī)。其使用106塊獨(dú)立的電子探測器件合成了世界上有史以來為太空計(jì)劃建造過的最大像素數(shù)碼相機(jī)。

這臺被稱作“十億像素陣列”的相機(jī)安裝在歐洲空間局發(fā)射的“蓋亞”探測器上，成為它超靈敏的眼睛。為了探測到比肉眼可見暗數(shù)百萬倍的恒星，蓋亞探測器需要配備超高靈敏度的相機(jī)。這臺相機(jī)就是由106個CCD（電子耦合器件）制作而成的。

歐空局衛(wèi)星

中國首顆繞月人造衛(wèi)星嫦娥一號，資源一號衛(wèi)星、嫦娥二號、海洋一號等眾多航天探測器也都是使用CCD作為超高靈敏度的相機(jī)核心部件。這足以說明CCD在太空影像的核心地位。

CCD不僅是超高清成像設(shè)備部件，同樣有著極強(qiáng)的耐用性。太空的環(huán)境與地球環(huán)境相比，不用多言，太空已成為高寒的環(huán)境，平均溫度為零下270.3℃。

在太空中，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。如太陽有太陽電磁輻射，太陽宇宙線輻射和太陽風(fēng)。相機(jī)作為獲取太空影像信息的核心部件，其在太空環(huán)境下的壽命至關(guān)重要的。而CCD探測器長達(dá)幾十年的設(shè)計(jì)壽命，完美的滿足了高清和耐用兩個剛性指標(biāo)。

CCD探測器在航天航空領(lǐng)域不斷的發(fā)展，同樣的，其在醫(yī)用領(lǐng)域，CCD也是最常用的圖像傳感器。近年來，CCD探測器更是突破材料極限，采用新的設(shè)計(jì)思路，使得CCD探測器能夠輸出大幅面動態(tài)影像，在醫(yī)學(xué)臨床診斷上有里程碑式的意義。醫(yī)用CCD技術(shù)，與航天航空CCD技術(shù)一脈相承，可以說，有著非常過硬的質(zhì)量和廣泛的應(yīng)用前景。

Medical醫(yī)用顯微內(nèi)窺鏡。利用超小型的CCD攝像機(jī)或光纖圖像傳輸內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人體顯微手術(shù)，減小手術(shù)刀口的尺寸，減小傷口感染的可能性，減輕病人的痛苦。同時還可進(jìn)行實(shí)時遠(yuǎn)程會診和現(xiàn)場教學(xué)。

實(shí)際上，直到現(xiàn)在，CCD探測器在醫(yī)學(xué)、航天、航空、遙感模塊轉(zhuǎn)換圖像幀獲取、衛(wèi)星偵察、天文觀測、通訊、交通、機(jī)械、鋼鐵、電子、計(jì)算機(jī)、機(jī)器人視覺、新聞、廣播、電影、電視、金融、出版、印刷、紡織、食品、照相、文教、公安、保衛(wèi)、家電、旅游等各個領(lǐng)域一直都有非常強(qiáng)勁和深入的發(fā)展。

另外，無論是CMOS或是CCD，市場在售的圖像傳感器的價格比全定制圖像傳感器要低得多。如果非要定制，除非變化很小，那么定制CCD成像器的價格一般低于定制CMOS的價格。

由于CMOS成像器采用的深亞微米掩膜價格較高，因此CMOS成像器的研發(fā)價格也相應(yīng)地高于CCD成像器。此外，CMOS設(shè)備需要設(shè)計(jì)的電路也更多。因此，即使定制CMOS成像器的應(yīng)用性能較好，但是考慮到價格因素，客戶仍然更加親睞定制CCD成像器。

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