在科學領域應用中,科學級相機圖像傳感器作為圖像獲取的主要工具,是最為核心的系統(tǒng)組件。擔負著信號采集與轉(zhuǎn)換的重任,其重要性是不言而喻的。目前,圖像傳感器主要有兩種,一種是CCD傳感器,另一種是CMOS傳感器,兩者各具特點,各有長短。下面我們一起來剖析下這兩者之間的異同點有哪些。
不管是CCD,還是CMOS,必然是存在一定相同之處的,那就是工作原理。兩者都是通過光電二極管結構接受入射光,并同時進行將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的這一步驟,以此來實現(xiàn)科學級相機的信號獲取與轉(zhuǎn)換功能。
但是,即便兩者有著共同的工作原理,但不管是在內(nèi)部結構上,還是在信號讀取方式上,兩者還都存在著明顯的差異,因此,CCD傳感器與CMOS傳感器兩者之間必然也還存在著一系列的不同之處,其主要表現(xiàn)在:
1、內(nèi)部結構。CCD,中文全稱電荷耦合元件,是一種半導體器件;CMOS,中文全稱互補金屬氧化物半導體,是一種由電壓控制的放大器件。CCD每行像素點只對應著一個ADC,每一個感光元件的信號都能形成統(tǒng)一的輸出,同時這些輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)放大器統(tǒng)一處理之后,每個像點的電信號強度都可以獲得同樣幅度的增大;而CMOS每個像素點旁都連著一個ADC,這就使其無法保證每個像點的放大率都是嚴格一致的,同時也無形中增加了噪聲的干擾影響。這一結構上的差異,直接導致了在圖像品質(zhì)上,CCD傳感器要優(yōu)勝于CMOS傳感器。
2、耗電量。CMOS采用的是主動式圖像采集方式,感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體放大輸出;而CCD則采用的是被動式采集方式,必須外加12~18V的電壓以使每個像素中的電荷移送到傳輸通道,因此CCD就必須有更精密的電源線路和耐壓強度。CCD大多需要三組電源供電,而CMOS,只需使用一個電源,相對耗電量較小。
3、靈敏度與速度。CMOS是以點為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,在讀取信號時 ,CMOS就是點直接讀取信號,而CCD則是行間接讀取信號,因此,在像素尺寸相同的情況下,CCD的靈敏度無疑是要高于CMOS的。不過,相對應的,由于CCD是以行為單位一位一位地輸出信息,而CMOS可以同時取出電信號,因此,在速度上,卻是CMOS略占優(yōu)勢了。
4、信息讀取方式。CCD傳感器與CMOS傳感器雖然都是以同樣的工作原理進行信號的采集和轉(zhuǎn)換,但經(jīng)轉(zhuǎn)換后的信號讀取方式卻是不同的。CCD存儲的電荷信息,需在同步信號控制下一位一位地實施轉(zhuǎn)移后再進行讀取,需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個電路較為復雜。而CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后卻是可直接產(chǎn)生電流信號,那么,其信號讀取就相對較為簡單了。
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