感光器件是攝像機最為核心的部件,目前普遍采用的主要有CCD(Charge Coupled Device,感光耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互補性氧化金屬半導體)兩種。
兩者都是利用光敏二極管(photodiode)進行光電轉換,將圖像轉換為數字信號,而其主要差異是數字信號傳送的方式不同。
CCD在數據傳送時不會失真,因為各個像素的數據是逐點傳輸到輸出端再進行放大處理;而CMOS傳感器是每個像素都有放大器,其放大效果保持均衡很困難,因而最后整合會產生噪聲。也正由于其數據傳輸方式不同,CCD與CMOS傳感器在效能與應用上也有諸多差異。
通常認為CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器,而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。
針對CMOS傳感器性能的不足之處,業(yè)界正在通過不斷的技術革新加以改善,其中最主要的技術突破點在于低照度條件下的成像性能提升和降低圖像中的噪聲信號。
以提升低照度性能而言,業(yè)界提出了微透鏡(Micro Lens)陣列技術,讓更多的光能導入到CMOS傳感器的每個像素(光電二極管)上,從而增加感應的亮度,不過微透鏡技術已屬微機電系統(tǒng)(MEMS)的層次,而非原有的單純半導體電路層次,所以挑戰(zhàn)難度的增加自是不難想像。
對于降低圖像中的噪聲信號,一種做法是對原有半導體制程進行改進,在CMOS電路的硅表面上摻入雜質,以此形成一個針扎層(Pinning Layer),此結構可將光吸收到硅晶片的內部,進而降低(光電二極管)表面的噪聲,此種作法也稱為針扎光電二極管(Pinned Photodiode)。目前此種作法確實改善了噪聲問題,使圖像品質提升,不過現階段此種制程也會增加晶片的制造成本。
隨著技術的發(fā)展,CMOS傳感器的性能正在得到快速提升。此外,盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器,但如果不考慮尺寸限制,CMOS傳感器在成品率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難,這樣CMOS傳感器在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。
另外,CMOS傳感器響應速度比CCD快,因此更適合高清監(jiān)控的大數據量特點。[nextpage]
從市場方面來看,CCD的傳統(tǒng)生產廠商SONY已經開始把重心移向了CMOS傳感器,不但研發(fā)出了ClearVid CMOS技術,推出了Exmor系列的高清CMOS產品,在其生產的高清網絡攝像機中更是幾乎清一色地采用了CMOS傳感器,這也許可以看作是CMOS傳感器的一個階段性勝利。