| 淺析CCD與CMOS影像感應器的技術原理 |
介紹 CCD影像感應器目前已大部份被使用在數碼相機上，而近年來CMOS感應器也逐漸開始出現在數碼相機的市場當中，CMOS的誕生具備了許多CCD所沒有的一些優勢，例如：省電、高集成度、成本更低等等。因此就未來影像感應技術的發展來看，數碼相機的影像感應器市場將會是CCD與CMOS的兵家必爭之地，未來低于4000元的數碼相機的影像感應器相信將會由CMOS勝出，而高于這一價格的數碼相機市場將會出現由CCD與CMOS共同領導的新局面。 從工作原理上講，這兩種影像感應器都是將光訊號轉變成電信號而進行輸出，而這一轉換也是在每一個像素中所完成。所以要了解影像感應器的原理之前，我們必須先要了解像素的定義和原理。影像感應器制造商對像素的定義是：在影像感應器上將光訊號轉變成電信號的基本工作單位。比如，一臺數碼相機標稱使用一枚1280 x 960的影像感應器，那么它就會有1,228,800個像素，而這是完全不同于傳統電視與電腦顯示器制造商所使用的像素定義的。 像素的原理
電子顯微鏡下的CCD表面 像素是影像感應器的基本單位，以CMOS感應器的像素為例，它包含了一個光電二極管，用以產生與入射光成比例的電荷，同時它也包含了其他一些電子元件，以提供緩存轉換和復位功能。當每個像素上的電容所積累的電荷達到的一定數量并被傳送給信號放大器再通過數模轉換之后，所拍攝影像的原始信號才得以真正成形，而具有全部這些功能的器件才能稱為是一個真正的影像感應器。
CMOS產品圖片 信噪比 影像感應器的信噪比可以用分貝（噪聲單位）表示，當信號到達一定強度時，信噪比并不會等比例增加，但是，如果要讓低伏值*的訊號可以被檢測出來，那么信噪比就變得非常重要。 信噪比的基本定義為：在有效輸出范圍內，真值信號強度與噪聲強度的比值。當真值信號被噪聲所埋沒后，后方將無法有效地從前方輸出中提取信息。 *在常規的信號檢測中，電壓被做為可參考的主要依據，同樣對于影像感應器來說，每個像素輸出的電壓高低便作為后方信號處理的實際依據。 色彩靈敏度失衡 彩色影像感應器對不同波長的入射光有不同的靈敏度，而這將會造成拍攝影像時的的色彩失衡。當然，色彩失衡可以用后續的數字化處理得到補償，但這也有可能放大在經過模/數轉換后的噪聲。現在的技術可以解決色彩敏感度失衡的問題，然后再將訊號送到模/數轉換器進行數字量化，最后再運用色差增益或放大技術進行處理。 |
暗電流
暗電流是在沒有入射光時光電二極管所釋放的電流量，理想的影像感應器其暗電流應該是零，但是，實際狀況是每個像素中的光電二極管同時又充當了電容，當電容器慢慢地釋放電荷時，就算沒有入射光，暗電流的電壓也會與低亮度入射光的輸出電壓相當。因此，在這些時候我們還是能從顯示器上看到部分“影像”，大部分情況下這都是因為從暗電流中所累積的電荷釋放造成的。所以，暗電流是影響畫質的噪聲之一，CCD與CMOS感應器的暗電流范圍為0.075－2.0納安/平方厘米左右。實際上因為CCD與CMOS在圖像采集方面的本質區別，在暗電流的形成上差別還是比較大的。但是由于雙方在后臺處理上的不同，暗電流的影響已經消除了大半，因此在最終得到的實際影像上的差別還不是非常明顯的。
像素的大小
影像感應器能否捕捉到低亮度的影像將取決于每個像素的采光區域的大小，較大的像素將使影像感應器捕捉到更多的光子，如此便能提高像素的動態范圍。但是，更大的像素也就需要較多的硅芯片，這也在無形當中加高了生產成本，因此決定最佳化的影像感應器組件大小將由設定采光區域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望獲得的實際影像質量來共同決定。
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 | Crystal通光晶片IR absorption glass紅外截止玻璃CMOS sensorCMOS影像感應器Low-pass filter低通濾波器Dichroic mirror雙色性反射鏡 |
佳能EOS D60結構示意圖及CMOS感應器結構圖
CMOS影像感應器技術
CMOS影像感應器大約是在80年代初發明出來的，只是當時CMOS設計制作技術不高，以致于感應器的噪聲大，想要商品化并不容易。時至今日，CMOS感應器的應用范圍已經非常廣泛，包括數碼相機、電腦攝像頭、可視電話、第三代手機、智能型安全系統、汽車倒車雷達、玩具，以及工業、醫療等多種用途。由于使用范圍廣泛，這也非常有利于CMOS產品的普及。CMOS不但體積小，耗電量也不到CCD的1/10，售價也比CCD便宜近1/3，畫質已接近低端分辨率的CCD，國內相關生產企業早已開始使用CMOS來替代傳統的CCD感應器。
CMOS影像感應器目前主要用以數碼相機、攝像頭等產品，在130萬像素以下的CMOS品質已相當接近CCD感應器，而且體積比CCD更小。尤其是電腦攝像頭在動態影像的擷取方面，對影像品質要求不比靜態的數碼相機高，48萬像素的畫質就可以被用戶所接受，目前生產企業采用CMOS的比例已開始大大增加。
雖然CMOS影像感應器真正的快速發展只有2、3年時間，雖然在品質上仍難與CCD媲美，但是相信在不久的將來CMOS終會取代CCD成為主流，而這只不過是時間的問題。CMOS要想成為市場主流必須克服的最大的問題就是成像品質。就目前的效果而言，較高像素的CMOS感應器已經面臨到感光度、信噪比不足等多項問題 ，影像品質無法與同級CCD感應器相比。以目前的條件來看，CMOS感應器要普遍應用在340萬像素以上的數碼相機市場，時機尚未成熟。但是，影像感應器市場應用范圍很廣，涵蓋消費、商業 、工業等多種領域，根據市場供求量的計算，在未來三年的發展中，CMOS感應器每年的累計增長率都將超過25%。
