Unterschied zwischen CCD- und CMOS-Kamera

Unterschied zwischen CCD- und CMOS-Kamera

1. Bildgebungsverfahren

Das Prinzip der photoelektrischen Umwandlung zwischen CMOS- und CCD-Bildsensor ist ähnlich, und ihr Hauptunterschied besteht darin, dass der Signalausleseprozess unterschiedlich ist. Die Konsistenz der CCD-Signalausgabe ist mit nur einem (oder wenigen) Ausgabeknoten sehr gut. Beim CMOS-Chip ist die Signalausgangskonsistenz schlecht, da jedes Pixel seinen eigenen Signalverstärker hat, der die Ladungsspannungsumwandlung durchführt.

Um jedoch das gesamte Bildsignal auszulesen, benötigt CCD eine große Signalbandbreite des Ausgangsverstärkers. Beim CMOS-Chip ist die Bandbreite des Verstärkers in jedem Pixel kleiner, was den Stromverbrauch des Chips stark reduziert. Dies ist der Hauptgrund, warum der Stromverbrauch von CMOS-Chips niedriger ist als der von CCD. Obwohl der Stromverbrauch reduziert wird, bringt die Inkonsistenz von Millionen von Verstärkern ein höheres Festrauschen, was der Nachteil von CMOS gegenüber CCD ist.

2. Integration

Aus Sicht des Herstellungsprozesses werden die Schaltkreise und Bauelemente in CCD auf Halbleiter-Einkristallmaterialien integriert, und der Prozess ist komplex. Nur wenige Hersteller weltweit können CCD-Wafer herstellen, wie zB DALSA, Sony, Panasonic usw. CCD kann nur analoge elektrische Signale ausgeben, was nachfolgende Adressdecoder, Analogwandler und Bildsignalprozessor erfordert. Darüber hinaus muss es auch drei Gruppen von stromversorgungssynchronen Taktsteuerschaltungen mit unterschiedlichen Spannungen mit sehr geringer Integration bereitstellen.

CMOS ist auf dem Plattenmonomermaterial namens Metalloxid integriert. Dieser Prozess ist der gleiche wie bei der Herstellung von Zehntausenden von integrierten Halbleiterschaltkreisen wie Computerchips und Speichergeräten. Daher sind die Kosten von Schallfeld-CMOS viel niedriger als die von CCD. Gleichzeitig kann der CMOS-Chip Bildsignalverstärker, Signalleseschaltung, A/D-Umwandlungsschaltung, Bildsignalprozessor und Controller in einem Chip integrieren. Nur ein Chip kann bei einem hohen Integrationsgrad alle Grundfunktionen der Kamera realisieren. Daraus leitet sich das Konzept der Chiplevel-Kamera ab. Durch die kontinuierliche Weiterentwicklung der CMOS-Bildgebungstechnologie können immer mehr Unternehmen hochwertige CMOS-Bildgebungschips anbieten, einschließlich Mikrometer, CMOS, Zypresse usw.

3. Geschwindigkeit

In Bezug auf die Geschwindigkeit verwendet CCD eine lichtempfindliche Ausgabe nach der anderen, die nur gemäß dem angegebenen Programm ausgegeben werden kann, und die Geschwindigkeit ist gering.

CMOS verfügt über mehrere Ladespannungswandler und eine Zeilenspaltenschaltersteuerung, und die Auslesegeschwindigkeit ist viel höher. Derzeit sind die meisten Hochgeschwindigkeitskameras über 500 fps CMOS-Kameras. Außerdem kann der Adress-Strobe-Schalter des CMOS zufällig abtasten, um eine Unterfensterausgabe zu realisieren, und eine höhere Geschwindigkeit kann erhalten werden, wenn nur Unterfensterbilder ausgegeben werden.

4. Lärm

Aufgrund der frühen Entwicklung und Reife der CCD-Technologie wird ein PN-Übergang oder eine Siliziumdioxid-(SiO2)-Isolationsschicht verwendet, um das Rauschen zu isolieren, und die Abbildungsqualität hat bestimmte Vorteile gegenüber einem photoelektrischen CMOS-Sensor. Aufgrund der hohen Integration des CMOS-Bildsensors ist der Abstand zwischen Komponenten und Schaltungen sehr gering, die Störungen sind gravierend und das Rauschen hat einen großen Einfluss auf die Bildqualität. In den letzten Jahren bietet sie mit der kontinuierlichen Entwicklung der Technologie zur Rauschunterdrückung von CMOS-Schaltungen gute Voraussetzungen für die Produktion von CMOS-Bildsensoren mit hoher Dichte und hoher Qualität.

5. Bildgebungsprinzip

CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) spielt eine wichtige Rolle in der Halbleitertechnologie von Mikroprozessoren, Flash-Speichern und speziellen integrierten Schaltkreisen (ASIC). CMOS ist wie CCD ein Halbleiter, mit dem Lichtänderungen erfasst werden können. CMOS ist hauptsächlich ein Halbleiter aus Silizium und Germanium, der die Grundfunktionen durch die negativ geladenen und positiv geladenen Transistoren auf CMOS realisiert. Der durch diese beiden komplementären Effekte erzeugte Strom kann vom Verarbeitungschip aufgenommen und in ein Bild interpretiert werden.

CMOS hat eine relativ einfache Struktur und denselben Herstellungsprozess wie die existierende integrierte Schaltung in großem Maßstab, so dass die Herstellungskosten gesenkt werden können. Im Prinzip ist das CMOS-Signal ein Ladungssignal in der Einheit Punkt, während CCD ein Stromsignal in der Verhaltenseinheit ist. Ersteres ist empfindlicher, schneller und stromsparender. Gegenwärtig sind hochwertige CMOS nicht schlechter als gewöhnliche CCDs, aber derzeit ist die Entwicklung der CMOS-Technologie noch nicht ausgereift. Dieses hochwertige CMOS wird nur bei professionellen Digitalkameras verwendet. Viele minderwertige Digitalkameras der Einstiegsklasse verwenden billige und minderwertige CMOS, und ihre Bildqualität ist relativ schlecht. Einer der Nachteile ist, dass es zu anfällig für Rauschen ist, was hauptsächlich daran liegt, dass das frühe Design CMOS aufgrund zu häufiger Stromänderungen bei der Verarbeitung von schnell wechselnden Bildern überhitzt. 

Wenn Sie also eine Consumer-Digitalkamera kaufen, müssen Sie sich dennoch für CCD als Bildsensor entscheiden.