風(fēng)水輪流轉(zhuǎn) 看CMOS怎捕獲百萬(wàn)像素芳心

當(dāng)然了，面對(duì)CCD如此的衰落，恐怕也有不少的用戶在疑問，到底CMOS在近些年被賦予了什么樣的“神力”，就把曾經(jīng)神一般的CCD直接搗下了神壇，這又是怎么一回事兒呢？

風(fēng)水輪流轉(zhuǎn) 看CMOS怎捕獲百萬(wàn)像素芳心

CMOS與CCD有何不同？

對(duì)于兩者構(gòu)造上的差異，基本可以看出而這在性能上的不同。對(duì)于CCD來說，它的特點(diǎn)在于可以借助專屬通道設(shè)計(jì)，充分保證信號(hào)在傳輸時(shí)的不失真。透過每一個(gè)像素集合至單一放大器上，再進(jìn)行統(tǒng)一的處理，以至于CCD可以在工作中保證資料更好的完整性。而對(duì)于CMOS來說，它的制程則比較簡(jiǎn)單，也沒有專屬的通道設(shè)計(jì)，那么他們又是靠啥“打天下”的呢？

CCD優(yōu)勢(shì)何在？

如果關(guān)注模擬攝像機(jī)的朋友都知道，在模擬攝像機(jī)，尤其是低照度模擬攝像機(jī)的器件配置中，CCD傳感器一直是這類設(shè)備的首要選擇。這主要是因?yàn)橛捎贑MOS傳感器的每個(gè)像素包含了放大器A/D轉(zhuǎn)換電路，因而造成過多的額外設(shè)備壓縮了單一像素的感光區(qū)域的面積，最終導(dǎo)致了CMOS芯片采光能力的下降。所以對(duì)于相同大小的傳感器來說，CMOS的感光度都會(huì)低于CCD芯片。因此，這也是CCD一直占據(jù)低照度設(shè)備主流應(yīng)用的主要原因。

此外，由于CMOS每一個(gè)感光二級(jí)管的旁邊都會(huì)搭配一個(gè)ADC的放大器，因而如果以百萬(wàn)像素計(jì)算的話，就需要擁數(shù)百萬(wàn)個(gè)以上的放大器。這些放大器盡管基本都屬于統(tǒng)一制式的產(chǎn)品。但由于這種精密的設(shè)備對(duì)任何極小的差別都會(huì)有著明顯的反應(yīng)。所以對(duì)比單一一個(gè)放大器的CCD傳感器，它所面臨的噪點(diǎn)也要大很多。

上面這兩點(diǎn)，可以說是CCD在于CMOS的對(duì)比中，優(yōu)勢(shì)最為明顯的地方。而對(duì)于CMOS來說，又有什么CCD不具備的特點(diǎn)呢？

傳感器逐漸給我們帶來更清晰的圖像

CMOS靠何奪取江山？

在上面的介紹中，我們了解到，感光度以及噪點(diǎn)高是CMOS傳感器最為明顯的弊端。那么，為何在如此重要的環(huán)節(jié)上都不敵CCD的CMOS如今卻能穩(wěn)坐網(wǎng)絡(luò)高清應(yīng)用的頭把交椅呢？

工作原理的優(yōu)勢(shì)

上面提到過，由于CMOS傳感器上眾多的放大器設(shè)置，因而出現(xiàn)了更多的噪點(diǎn)顯現(xiàn)。但是，它并非就造成了CMOS芯片的絕對(duì)劣勢(shì)。在百萬(wàn)像素的成像過程中，由于期間會(huì)產(chǎn)生與像素?cái)?shù)量一樣的電荷，而這些電荷都要同時(shí)經(jīng)過放大器的處理。因此，這對(duì)于只有一個(gè)放大器的CCD來說，必然會(huì)造成嚴(yán)重?fù)矶?。這也就是我們所說的延時(shí)情況。而對(duì)于CMOS傳感器來說，由于其每個(gè)像素點(diǎn)上都有一個(gè)放大器裝置。因此就能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量的數(shù)據(jù)，在同一時(shí)刻保持滿屏的高質(zhì)輸出，因此，也就徹底滿足了高清網(wǎng)絡(luò)在此環(huán)節(jié)的技術(shù)需要。

解析度上的優(yōu)勢(shì)

在兩種傳感器的對(duì)比中，由于CMOS的像素結(jié)果要比CCD復(fù)雜的多，因此在感光度上，CMOS也要比CCD弱很多。但是，如果脫離尺寸的限制，CMOS對(duì)于CCD的劣勢(shì)可能就會(huì)逐漸的被更大的感光元件所消化。當(dāng)前，CMOS感光元件已經(jīng)可以達(dá)到上千萬(wàn)的像素的設(shè)計(jì)，所以在這樣的潛質(zhì)下，它的光學(xué)劣勢(shì)幾乎已經(jīng)不值一提。

耗電量與成本的差異

對(duì)于CCD與CMOS耗電量與成本的差異，這恐怕也是老生常談的問題了。而且在很早這兩者就已經(jīng)被視為CMOS獲得更多青睞的重要因素。CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動(dòng)式，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。由于CCD芯片還需具備更精密的線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，所以CCD的耗電量基本在CMOS的3到10倍以上。

CCD與CMOS的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

在價(jià)格上，CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的CMOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)的CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道。因而這也增加了CCD的制造成本。

CMOS靠什么俘獲百萬(wàn)高清監(jiān)控的芳心？

在不少的用戶看來，低照度以及感光度可以說是保證視頻成像質(zhì)量的重要因素。因此，這部分的缺陷注定了CMOS踏入高質(zhì)成像的艱難。但是，我們同樣不可以忽視另一點(diǎn)的是，盡管如今的很多模擬攝像機(jī)已經(jīng)把自身的分辨率提升到了600線以上的水平，但是由于BNC傳輸接口的限制，最終的效果也終究會(huì)降至三四十萬(wàn)的水平。因而這也注定了模擬監(jiān)控與百萬(wàn)高清的無緣。

而基于CMOS的百萬(wàn)高清到底效果如何呢？從目前已有的應(yīng)用案例來看，CMOS傳感器下的高清設(shè)備已經(jīng)取得了不錯(cuò)的效果。而從技術(shù)上來說，由于CMOS傳感器直接輸出數(shù)字信息，避免了A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)損耗，同時(shí)逐行掃描的CMOS也可以有效的避免隔行掃描時(shí)出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)模糊和撕裂等問題。因此，CMOS的勞動(dòng)成果也使畫面比CCD更加的細(xì)膩與動(dòng)人。

而對(duì)于很多人關(guān)心的低照度和噪點(diǎn)等問題。目前，已經(jīng)有不少的廠商研發(fā)了感光度增強(qiáng)技術(shù)，通過擴(kuò)大尺寸的方式增強(qiáng)感光度，這對(duì)于CMOS來說，無疑是最合適，最省錢也是最為有效的方式。而對(duì)于噪點(diǎn)影響的處理，有的制造廠商將專門的算法植入了CMOS傳感器的控制邏輯中，而通過這項(xiàng)技術(shù)，則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噪點(diǎn)的有效控制，并且大大的降低了噪點(diǎn)對(duì)于畫面的影響。

可以說，正是上面這些曾經(jīng)對(duì)CCD弊端的有效彌補(bǔ)，使CMOS幾乎可以用天衣無縫來形容。再加上其更高效的圖像處理能力，與百萬(wàn)高清的聯(lián)姻也就更顯得水到渠成了。

結(jié)語(yǔ)

通過上述的分析我們不難發(fā)現(xiàn)，在新技術(shù)的整合下，CMOS已經(jīng)在工藝，技術(shù)等方面取得了明顯的改進(jìn)。而且在創(chuàng)造力上，CMOS產(chǎn)品也有著更出色的發(fā)揮。因此，CMOS的主流化已經(jīng)成為不可扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。尤其在當(dāng)前CMOS被大家獲得更多的認(rèn)可，并且更多的廠商進(jìn)行持續(xù)更新的趨勢(shì)下，CMOS的發(fā)展也受到了更多來自外界的推動(dòng)力。這也促使了CMOS對(duì)CCD傳感器的進(jìn)一步超越。

目前，在各自廠商的探索下，更寬動(dòng)態(tài)范圍的CMOS芯片已經(jīng)日益涌現(xiàn)，而且這一技術(shù)也大大消除了中途對(duì)快門、光圈等環(huán)節(jié)的調(diào)整，使CMOS的成像質(zhì)量變得更強(qiáng)?？梢哉f，相比于老邁的CCD傳感器，CMOS已經(jīng)展現(xiàn)出了更多的活力，并且展示出了自己極大的發(fā)展?jié)摿?。這也注定了在今后高技術(shù)、高端應(yīng)用的道路上，CMOS將會(huì)成為我們眼中新的主角。