新闻中心

EEPW首页 > 消费电子 > 设计应用 > 数码相机的CMOS传感器知识介绍

数码相机的CMOS传感器知识介绍

作者:时间:2012-08-02来源:网络收藏

标签:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/165125.htm

的另一个灵魂

随着2005年Canon(佳能)公司发布其型号为EOS D30的专业级后,人们对影像的注意力猛然巨增。这是因为,CMOS影像过去有着信噪比小、分辨率低的缺点,专业人士一直认为它无法和CCD技术抗衡。所以当佳能推出以CMOS为感光元件的EOS D30数码相机时,许多业内人士都大吃一惊,对采用这种廉价的材料来做感光元件感到不可思议,认为CMOS的成像质量无法满足有较高要求的专业用户的需要。那么用CMOS做的感光元件在成像质量上真的一无是处吗?还是让我们先来了解一下什么是CMOS吧!

技术篇

CMOS即互补性金属氧化物半导体。其在微处理器、闪存和特定用途集成电路(ASIC)的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD都是可用来感受光线变化的半导体。CMOS主要是利用“硅”和“锗”这两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。

CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。它不像由二极管组成的CCD,CMOS 电路几乎没有静态电量消耗,只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右,这有助于改善人们心目中数码相机是“电老虎”的不良印象。

CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而过热。暗电流抑制得好问题就不大,如果抑制得不好就十分容易出现杂点。

此外,CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。举个例子,如果分辨率为300万像素,那么CCD可连续扫描300万个电荷。扫描的方法非常简单,就好像把水桶从一个人传给另一个人,直到最后一个人才把所有的水都集中到一起。所以,扫描也只有在扫描完最后一个数据之后才能将信号放大。CMOS的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器,因此,CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大。采用这种方法可节省任何无效的传输操作,所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描,同时噪音也有所降低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技术(如图2)。

应用篇

1、专业级数码相机

目前在专业级数码单镜头反光机身上使用CMOS作为影像传感器的只有为数不多的几款产品,如Canon(佳能) EOS D30等,见如图3。

我们知道在佳能EOS系列AF相机上,CMOS一直在测光对焦系统中使用。佳能在这方面有雄厚的技术力量和丰富的经验。发展到今日已经比较容易地以较低的成本制造较大尺寸的CMOS感光芯片,并且CMOS可以将影像处理电路集成在芯片上。D30有专门的回路控制暗电流 ,在长于1秒的曝光时降噪系统会自动工作,可以从很大程度上降低噪点的产生。我们查看了大量由Canon EOS D30所拍摄的照片,发现CMOS的成像效果并不比传统CCD差。

由此,我们似乎已看到CMOS在未来的数码相机发展上将占有重要的一席之地,也会有越来越多的专业数码相机考虑采用CMOS感光元件。

2、普通级数码相机

目前CMOS传感器除了在Canon EOS D30上使用外,基本都是应用在普通民用型数码相机上,如Kodak(柯达)公司的MC3(见图4)采用的就是CMOS感光芯片,其最大分辨率为640×480像素;同时它还可以作为一台网络摄像头来使用;再有,它更可以作为一部MP3随身听;它的容量介质为CF卡,这可以使用户根据不同的需要来自由更换不同容量的CF卡;而且它提供了USB接口与电脑进行相连,大大提高了连接速度;最重要的是它不仅功能多样化,而且价格也十分接近普通的家庭用户。所以我们有理由相信,采用CMOS感光器的家用数码相机会逐渐增多,它使数码相机更快地进入家庭成为可能。

3、摄像头

CMOS也适用于对影像品质要求不是很严格的摄像头产品,它的优点是制造成本较CCD更低,功耗也低得多,而且速度快。这也是市场上很多采用USB接口的产品无需外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同,但CCD和CMOS两者性能差距不是很大,只是CMOS摄像头对光源的要求会高一些,而大多数数字摄像头都采用了CCD传感器。从技术上讲,CMOS还无法达到CCD那样高的分辨率,但对640×480分辨率的摄像头来说,CMOS已足以应付。

展望篇

CMOS这种能耗低、制造相对容易的感光芯片如果能在影像的锐利度、动态范围等方面再做进一步的努力,相信CMOS便是未来数码相机的另一个发展方向。据悉1999年时CMOS的销售额首次突破10亿美元,而且到2004年每年将以75%的速度增长。

此外CMOS传感器提高动态范围的消息也不断传来。也许在不久的将来,使用在大部分中低档相机上的图像传感器将全部从CCD转换成CMOS。而日本开发CMOS图像传感器的LSI厂商大都认为“CMOS图像传感器的市场将会急剧扩大,但是至少在目前,在实际使用的设备上,CCD图像传感器同CMOS图像传感器分庭抗礼的时代还会延续下去”。

摄像头相关文章:摄像头原理


评论


相关推荐

技术专区

关闭