影像傳感器對成像效果起著至關重要的作用,像素越高,影像傳感器內部集成的感光電極也越多,同時我們也應該想到提升像素勢必要涉及到制造成本,每提高一個等級,數(shù)碼相機的價格都要高出一截,而且提升到一定程度后,CCD傳感器由于制造工藝的限制,短時間內很難再有所突破。
目前主流的DSLR機型使用的CCD最多為600萬像素左右,即使現(xiàn)在索尼生產出了700萬、800萬像素的CCD,但想要將其安置在DSLR機身內的話,最終效果只能是與預期效果背道而馳不合實際。而CMOS傳感器卻高達1600萬像素以上。
CMOS的成像原理
CMOS可細分為被動式像素傳感器(PassivePixelSensorCMOS)與主動式像素傳感器(ActivePixelSensorCMOS)。它原本是計算機系統(tǒng)內一種重要的芯片,保存了系統(tǒng)引導最基本的資料??墒怯腥伺既婚g發(fā)現(xiàn),將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機中的影像傳感器,緊跟著就由XirLink公司于1999年首次推向市場,2000年5月,美國Omnivision公司又推出了新一代的CMOS芯片。
CMOS最初曾被嘗試使用在數(shù)碼相機上,但與當時如日中天的CCD相比信噪比差,敏感度不夠,所以沒能占居主流位置。當然它也具備多種優(yōu)點,普通CCD必須使用3個以上的電源電壓,可是CMOS在單一電源下就可以運作,與CCD產品相比同像素級耗電量小。另外CMOS是標準工藝制程,可利用現(xiàn)有的半導體制造流水線,不需額外投資生產設備,并且品質可隨半導體技術的進步而提升,這點正是今年索尼IRCUT雙濾光片對視頻成像技術的影響文/彭中能夠在很短時間內開發(fā)制造出CMOS芯片的原因。
從技術角度分析成像原理,核心結構上每單位像素點由一個感光電極、一個電信號轉換單元、一個信號傳輸晶體管,以及一個信號放大器所組成。理論上CMOS感受到的光線經光電轉換后使電極帶上負電和正電,這兩個互補效應所產生的電信號(電流或者電勢差)被CMOS從一個一個像素當中順次提取至外部的A/D(模/數(shù))轉換器上再被處理芯片記錄解讀成影像。
具體工作時先由水平傳輸部采集信號,再由垂直傳輸部送出全部信號,故CMOS傳感器可以在每個像素基礎上進行信號放大,采用這種方法可進行快速的數(shù)據(jù)掃描,能夠勝任千萬像素級別的信息處理速率,單憑這點CCD就是望塵莫及的。
雖然CMOS當時有許多缺點,但是這些年來已找到了切實可行的解決辦法,佳能算是CMOS領域中造詣最深的廠商,它在2001年對CMOS技術作出了革命性的變更設計,目前其他幾家技術都有佳能的技術影子。
a.偏面消除噪點技術。為了消除每個像素的漂移和噪點,原傳感器控制部分經過重新的排線設計包含了一個增幅回路,它只吸收噪點信號而不處理光學信號,可以從光學信號中去除噪點部分令傳感器以很高的信噪比讀取信號。
b.全像素電荷轉移技術。由于每次讀取信號時,初始值都會變化,只依靠傳感器控制回路上的消除噪點技術無法完美地解決這個問題,通過引進全像素電荷轉移技術,即可維持光學信號和實現(xiàn)高信噪比處理。
c.傳感器模擬處理技術。傳感器控制電氣回路上集成一個PGA可編程增益轉換器,有效地降低了噪點,并加速了信號輸出能力,讓每秒約3張的高速連續(xù)拍攝成為可能。