转载2022年12月27日的中国摄影报发表了周振标的文章《简述CCD、CMOS、BSI CMOS和堆栈式CMOS的区别》。
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此文很长,是解答释疑的好文章,问题说得很透彻。
已经尽量压缩原文,又怕删减太多,不能说明问题,只能把重点归纳了一下,形成此帖,主旨是与影友分享摄影器材的相关知识,释疑困扰影友影多年的问题(CCD还是CMOS好?),有助于选购器材时做出正确选择。
依照文章的插图,我用Firewoks 8.0软件绘制了这张图,可以更好地帮助各位认识、理解各种CMOS的区别、发展演变历程的专业问题。
前言:
数码相机的影像传感器大致经历了CCD和CMOS两种不同类型的光电转换芯片技术,但随着市场和技术的发展,当下的数码相机、无反相机、单反相机、运动相机、和智能手机相机模块,基本上都采用了CMOS影像传感器来替代传统相机中的胶片,以完成“感光成像的工作。”
在CMOS的发展中,又逐渐细化为CMOS(前照式)、BSI CMOS(背照式)和堆栈式CMOS等多种不同结构和感光效率、技术的影像传感器。
那这些CMOS有什么区别?与CCD又有什么不同?
CCD和CMOS的区别
CCD,电荷耦合器件,其影像电荷驱动方式为被动式,必须外加电压,让每个像素(感光二极管)中的电荷移动至传输通道,再由中央模数转换器(ADC)集中处理输出,耗电量较高。
CMOS,互补金属氧化物半导体,它的影像电荷驱动方式则为主动式,每个像素(感光二极管)在感光过程中多产生的电荷,会直接由并行设置在旁边的电容器(被光电电流充电)和模数转换器(ADC)进行放大输出(电容器中产生的电压与亮度和曝光时间成正比)。因此,CMOS芯片对图像信息的读取速度远远高于CCD芯片,且因光晕、拖尾等过度曝光而产生的非自然现象的发生频率也要低于得多。
具体来说,因CCD和CMOS在原理和架构设计上的根本性差别,而带来的性能特点大致有以下几点:
1、 CMOS的每个像素的直接关联ADC会有细微差异,很难做到同步放大的效果,所以噪点相对CCD更多一些;
2、 在系统尺寸大小的前提下,CMOS的感光度会低于CCD;
3、 CMOS的耗电量比CCD更低;
4、 CMOS的成品率、制程工艺、集成度更高,整合成本较CCD更低。
早期CMOS影像传感器的光敏区域相比CCD要小一些,其感光效率也会更低一些,但在成本、耗电量、数据传输效率和发热量控制方面的优势支持下,最终还是取代CCD,成为现在各数码成像设备所使用的主流影像传感器芯片。
在随后十多年的发展中,通过不断改进和优化CMOS影像传感器的结构,光敏区域和感光效率的问题也逐一得到了解决。这些改进为可换镜头相机中的4K视频(及更高分辨率、更高像素的影像)输出铺平了道路。
未完待读!!!