小芯片有大功能 監(jiān)控攝像機的眼睛CCD
2011年06月14日,對于監(jiān)控攝像機來說,CCD是最核心的部件,相當于監(jiān)控攝像機的眼睛。被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至 CCD芯片上, CCD根據(jù)光的強弱積累相應比例的電荷,各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下,逐點外移,經濾波、放大處理后,形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。
CCD是 Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。按照成像色彩、分辨率、靈敏度以及靶面尺寸的不同有不同的分類。一般來說,大的 CCD 芯片,其相應的象素面積也較大,接收所攝光的面積增大,必然使象素輸出電荷增多,靈敏度上升,在弱光條件下具有較好的拍攝能力,容易使攝像機整體質量提高,圖像細部明顯細膩自然。而光學系統(tǒng)聚焦影像時的焦平面越小,則成像過程中丟失的細節(jié)就越多,得到的影像放大后細部過渡就可能有突變的現(xiàn)象,顯得不自然。
另外小尺寸 CCD 擁有更多的象素和更高的分辨率也會導致單個像素的感光面積縮小,有曝光不足的可能。單個像素的面積越小,其感光性能越低,信噪比越低,動態(tài)范圍越窄。每個象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合(在電子學上這個概念叫做色度亮度干擾)。
CCD與CMOS的比較互補性氧化金屬半導體CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶-電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而,CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點, 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時,由于電流變化過于頻繁而會產生過熱的現(xiàn)象。
CCD與CMOS不同工作原理由兩種感光器件的工作原理可以看出,CCD的優(yōu)勢在于成像質量好,但是由于制造工藝復雜,只有少數(shù)的廠商能夠掌握,所以導致制造成本居高不下,特別是大型CCD,價格非常高昂。
在相同分辨率下,CMOS價格比CCD便宜,但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。CMOS感應器則作為低端產品應用于一些攝像頭上。
CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低,CCD為提供優(yōu)異的影像品質,付出代價即是較高的電源消耗量,為使電荷傳輸順暢,噪聲降低,需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓,讀取前便將其放大,利用3.3V的電源即可驅動,電源消耗量比CCD低。
CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點,是與周邊電路的整合性高,可將ADC與訊號處理器整合在一起,使體積大幅縮小,例如,CMOS影像傳感器只需一組電源,CCD卻需三或四組電源,由于ADC與訊號處理器的制程與CCD不同,要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問題就是降低噪聲的產生,未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被CCD壓抑的宿命,往后技術的發(fā)展是重要關鍵。
CCD的市場現(xiàn)狀
CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過,人眼的視網膜是由負責光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞,分工合作組成視覺感應。 CCD經過長達三十多年的發(fā)展,大致的形狀和運作方式都已經定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產 CCD 的公司分別為:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本廠商。我國監(jiān)控攝像機使用的CCD大多是日本制造的。前段時間日本地震,日本SONY、Sharp等廠商受到影響,我國監(jiān)控攝像機的價格就隨之上漲。
21 世紀,世界進入了信息時代,數(shù)字化、計算機化、通訊、電視融為一體的網絡化即將成為現(xiàn)實,讓人們去面對、去學習、去研究。從整個系統(tǒng)來講,CCD 攝像機是核心的元件之一,但由于我國 CCD 攝像機制造技術和 CCD 傳感器生產線正處于發(fā)展和不斷完善的階段,因此,目前我國 CCD 產業(yè)亟待發(fā)展,才能適應市場的需求。隨著我國經濟的高速增長,信息產業(yè)化進程的加快,CCD 攝像機的市場會越來越大,應用的領域將深入到每一個相關的專業(yè)領域,將給人們帶來新的概念。
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