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CCD与CMOS的对比

数码相机的发展真可谓一日千里,近来各种新的感光技术纷纷涌现。很多数码相机生产厂商大肆宣扬自己的产品像素有多少多少高,画质怎么怎么好。顾客在选购数码相机时也比较困惑,心里没底。为了让大家对目前市场上常见的三种数码相机感光芯片--CCD、CCD、CMOS有一个大概的了解,我们对这三种感光元件做了个总结,欢迎各位读者和我们进行探讨。

大部分数码相机使用的感光元件是CCD(ChagreCouledDevice),它的中文名字叫电荷耦合器,是一种特殊的半导体材料。他是由大量独立的光敏元件组成,这些光敏元件通常是按矩阵排列的。光线透过镜头照射到CCD上,并被转换成电荷,每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门,CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上,模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号,数字信号以一定格式压缩后存入缓存内,此时一张数码照片诞生了。然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。

目前主要有两种类型的CCD光敏元件,分别是线性CCD和矩阵性CCD。


线性CCD用于高分辨率的静态照相机,它每次只拍摄图象的一条线,这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种CCD精度高,速度慢,无法用来拍摄移动的物体,也无法使用闪光灯。因此在很多场合不适用。

另一种是矩阵式CCD,MV-VD USB2.0接口CCD和 MV-VS 1394接口工业CCD,它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素,当快门打开时,整个图象一次同时曝光。通常矩阵式CCD用来处理色彩的方法有两种。在记录照片的过程中,相机内部的微处理器从每个像素获得信号,将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光,微处理器能运算地非常快。这就是大多数数码相机CCD的成像原理。因为不是同点合成,其中包含着数学计算,因此这种CCD最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。


另一种处理方法是使用三棱镜,他将从镜头射入的光分成三束,每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色,然后使用三块CCD分别感光。这些图象再合成出一个高分辨率、色彩精确的图象。如300万像素的相机就是由三块300万像素的CCD来感光。也就是可以做到同点合成,因此拍摄的照片清晰度相当高。该方法的主要困难在于其中包含的数据太多。在你照下一张照片前,必须将存储在相机的缓冲区内的数据清除并存盘。因此这类相机对其他部件的要求非常高,其价格自然也非常昂贵。

此外,CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。举个例子,如果分辨率为300万像素,那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷,扫描的方法非常简单,就好像把水桶从一个人传给另一个人,并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因此,CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大,采用这种方法可节省任何无效的传输操作,所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描,同时噪音也有所降低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技术。我们通过INTERNET查看了大量由CANONEOSD30所拍摄的照片,发现CMOS的成像效果一点也不比传统CCD差。这种能耗低、制造相对容易的感光芯片如果能在影像的锐利度、动态范围等方面再做进一步的努力,相信CMOS是未来数码相机的发展方向。