Het verschil tussen sensor CCD en CMOS

De sensor is het kernelement van de camera. Het heeft functies zoals foto-elektrische conversie, informatieopslag, vertraging en sequentiële transmissie van elektrische signalen. Het heeft een hoge integratie en een laag stroomverbruik, waardoor het zich snel heeft ontwikkeld. Het is een onmisbaar sleutelapparaat voor beeldacquisitie en digitale verwerking. Momenteel zijn er twee soorten lichtgevoelige chips die veel worden gebruikt in camera's op de markt: CCD en CMOS.

1. CCD (Charge Coupled Device)

   Momenteel zijn er drie structuren van veelgebruikte CCD-camera's: full frame transfer, frame transfer en line transfer.

   1. Interline Transfer

      Van de drie structuren is row transfer de meest gebruikte, en de meeste midden- en low-end producten gebruiken deze methode.

   2. Full frame transfer (Full frame)

      De full frame transfer structuur is de eenvoudigste, het lichtgevoelige gebied en het opslaggebied bevinden zich samen, en een vulgraad van 100% kan worden verkregen. Het nadeel is dat om lichtlekkage van het beeld te voorkomen, extern licht moet worden geweerd tijdens het uitlezen. Dit kan worden bereikt door een mechanische sluiter te gebruiken, een stroboscoop te gebruiken, of de belichtingstijd veel langer te maken dan de uitleestijd om lichtlekkage te minimaliseren.

   3. Frame transfer

      De frame transmissiestructuur is dat het lichtgevoelige gebied en het opslaggebied volledig gescheiden en gelijk in grootte zijn. De belichte signaal lading wordt met zeer hoge snelheid (meestal minder dan 1% van de frameperiode) naar het opslaggebied overgebracht en vervolgens lijn voor lijn uitgevoerd. Het is duidelijk dat de frame transfer sensor een vulgraad van 100% bereikt en tijdens het uitleesproces wordt het volgende frame belicht. Het nadeel is dat de chip groot is en de kosten hoog zijn.

2. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Sensor

   De principes van het lichtgevoelige deel van CMOS-sensoren en CCD-sensoren zijn hetzelfde. Het verschil is dat in elke pixeleenheid, naast het lichtgevoelige deel, ook een versterker en uitleescircuit aanwezig zijn. De gehele CMOS-sensor integreert ook een adrescircuit, versterker en A/D.

1. Het eerste punt is het verschil in full well capaciteit: Aangezien elke pixel van de CMOS-sensor een fotodiode, versterker en uitleescircuit bevat, en de gehele sensor ook een adrescircuit en A/D bevat, is het lichtgevoelige gebied van elke pixel veel kleiner dan het oppervlak van de pixel zelf. Daarom is, bij dezelfde pixelgrootte, de full well capaciteit van de CMOS-sensor lager dan die van de CCD-sensor.
2. Het tweede punt is het kostenverschil: Aangezien CMOS-sensoren het CMOS-proces gebruiken dat het meest wordt gebruikt in algemene halfgeleidercircuits, kunnen randcircuits (zoals AGC, CDS, timing, of DSP, enz.) eenvoudig in de sensorchip worden geïntegreerd, waardoor de kosten van randchips worden bespaard.
3. Het derde punt is dat de CMOS-sensor willekeurig kan worden geadresseerd, waardoor het erg handig is om alleen het interessante deel van de rij uit te lezen en de framesnelheid te verbeteren.
4. Het vierde punt is het ruisverschil: Aangezien elke fotodiode van de CMOS-sensor is uitgerust met een versterker, en de versterker een analoog circuit is, is het moeilijk om de resultaten die door elke versterker worden verkregen consistent te maken. Daarom, vergeleken met een CCD-sensor met slechts één versterker aan het einde van de horizontale registeruitvoer, zal de ruis van de CMOS-sensor veel toenemen, wat de beeldkwaliteit beïnvloedt.
5. Het vijfde punt is het verschil in stroomverbruik: het stroomverbruik van CMOS-sensoren is lager dan dat van CCD-sensoren.

Samenvattend is het voordeel van CCD dat de beeldkwaliteit beter is dan die van CMOS, maar de nadelen zijn ook duidelijk. Het proces is te ingewikkeld en er zijn zeer weinig fabrikanten die de technologie beheersen, dus de prijs zal onvermijdelijk niet goedkoop zijn, vooral voor sommige grote CCD-componenten is de prijs nog onacceptabeler. Daarom gebruiken high-end camera's in de huidige cameramarkt over het algemeen CCD-imagers om identiteit en status te demonstreren. Het grootste voordeel van CMOS-imager is dat het stroom bespaart. Met dezelfde batterij en dezelfde configuratie kan CMOS 1-2 uur langer worden gebruikt dan CCD, omdat het alleen stroom verbruikt wanneer het circuit is aangesloten, terwijl CCD constant stroom verbruikt. Het is de zogenaamde "elektrische tijger". Op basis hiervan kunnen we onze sterke punten maximaliseren en zwakke punten vermijden, en redelijk kiezen voor CCD- of CMOS-camera's voor verschillende toepassingen.