成像物鏡將外界照明光照射下的(或自身發(fā)光的)景物成像在物鏡的像面上,形成二維空間的光強(qiáng)分布(光學(xué)圖像)。能夠?qū)⒍S光強(qiáng)分布的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)變成一維時(shí)序電信號(hào)的傳感器稱(chēng)為圖像傳感器。圖像傳感器,是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。
根據(jù)元件的不同,圖像傳感器通??煞譃镃CD(電荷耦合器件)和CMOS(金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類(lèi)。
CCD是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件,CMOS則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中,它的優(yōu)點(diǎn)是制造成本較CCD更低,功耗也低得多,這也是市場(chǎng)很多采用USB接口的產(chǎn)品無(wú)須外接電源且價(jià)格便宜的原因。盡管在技術(shù)上有較大的不同,但CCD和CMOS兩者性能差距不是很大,只是CMOS攝像頭對(duì)光源的要求要高一些,但現(xiàn)在該問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決。目前CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜選擇元件尺寸較大的為好。圖像傳感器又叫感光元件。
CMOS圖像傳感器于80年代發(fā)明以來(lái),由于當(dāng)時(shí)CMOS工藝制程的技術(shù)不高,以致于傳感器在應(yīng)用中的雜訊較大,商品化進(jìn)程一直較慢。時(shí)至今日,CMOS傳感器的應(yīng)用范圍也開(kāi)始非常的廣泛,包括數(shù)碼相機(jī) 、PC Camera、影像電話(huà)、第三代手機(jī)、視訊會(huì)議、智能型保全系統(tǒng)、汽車(chē)倒車(chē)?yán)走_(dá)、玩具,以及工業(yè)、醫(yī)療等用途。在低檔產(chǎn)品方面,其畫(huà)質(zhì)質(zhì)量已接近低檔CCD的解析度,相關(guān)業(yè)者希望用CMOS器件取代CCD的努力正在逐漸明朗。
CMOS傳感器有可細(xì)分為:被動(dòng)式像素傳感器CMOS與主動(dòng)式像素傳感器CMOS。
CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱(chēng)做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上,工作原理沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。 從制造工藝上說(shuō)CCD制造工藝較復(fù)雜,只有少數(shù)幾個(gè)廠(chǎng)商,如索尼、松下、夏普等掌握這種技術(shù),因此CCD攝像機(jī)的價(jià)格會(huì)相對(duì)比較貴。事實(shí)上經(jīng)過(guò)技術(shù)改造,目前CCD和高級(jí)CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD,所以很多低檔攝像頭生產(chǎn)廠(chǎng)商采用普通CMOS感光元件作為核心組件。
成像方面,在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好,色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而普通CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般,對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,普通CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定差距。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性,因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。
在原理上,CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào),而CCD是以行為單位的電流信號(hào),前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現(xiàn)在高級(jí)的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工藝還不是十分成熟,普通的CMOS一般分辨率較低而成像質(zhì)量也較差。
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