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图像传感器高品质低功耗,CMOS谁与争锋?

2016-08-16 [责任编辑:susan]
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5分
【导读】CMOS图像传感器在各个市场领域,随着应用需求的变化其技术也在不断改进和演变,已经超出了满足细分市场具体要求的目标。其优势主要体现在可制造性、低功耗、易于集成、低成本,以及最近出现的高品质图像质量。

在每一个市场领域,这些CMOS技术进步已达到或超过了该领域的市场要求,CMOS的优势已使OEM能够改进成型的相机产品。但是在数据的传输过程中CMOS传感器是每个像素都有放大器,其放大效果保持均衡很困难,因而最后整合会产生噪声。而且在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都逊色于CCD。
 
针对CMOS传感器性能的不足之处,业界正在通过不断的技术革新加以改善,其中最主要的技术突破点在于,低照度条件下的成像性能提升和降低图像中的噪声信号。
 
以提升低照度性能而言,业界提出了微透镜(MicroLens)阵列技术,让更多的光能导入到CMOS传感器的每个像素(光电二极管)上,从而增加感应的亮度,不过微透镜技术已属微机电系统(MEMS)的层次,而非原有的单纯半导体电路层次,所以挑战难度的增加自是不难想像。
 
对于降低图像中的噪声信号,一种做法是对原有半导体制程进行改进,在CMOS电路的硅表面上掺入杂质,以此形成一个针扎层(PinningLayer),此结构可将光吸收到硅晶片的内部,进而降低(光电二极管)表面的噪声,此种作法也称为针扎光电二极管(PinnedPhotodiode)。目前此种作法确实改善了噪声问题,使图像品质提升,不过现阶段此种制程也会增加晶片的制造成本。
 
随着技术的发展,CMOS传感器的性能正在得到快速提升。此外,尽管相同尺寸的CCD传感器分辨率优于CMOS传感器,但如果不考虑尺寸限制,CMOS传感器在成品率上的优势可以有效克服大尺寸感光原件制造的困难,这样CMOS传感器在更高分辨率下将更有优势。另外,CMOS传感器响应速度比CCD快,因此更适合高清监控的大数据量特点。从市场方面来看,CCD的传统生产厂商SONY已经开始把重心移向了CMOS传感器,不但研发出了ClearVidCMOS技术,推出了Exmor系列的高清CMOS产品,在其生产的高清网络摄像机中更是几乎清一色地采用了CMOS传感器,这也许可以看作是CMOS传感器的一个阶段性胜利。安防行业使用CMOS多于CCD已经成为不争的事实,随着CMOS图像传感器获取更多的成像市场份额,CMOS技术一定会有更大的发展动力和更多创新,以顺应市场未来的发展趋势和要求。
 
 
高清图像传感器作为摄像机等高清图像抓取设备的核心部件,决定着图像质量。被摄物体的图像经过镜头聚焦至传感器芯片上,图传传感器根据光的强弱进行处理,形成视频信号输出。CCD和CMOS是当前被普遍采用两种图像传感器,两者都利用感光二极管(photodiode)进行光电转换,将图像转换为数字数据,而其主要差异是数字数据传送的方式不同。以性能来区分,他们基本主要体现在灵敏度,噪点处理以及功耗等方面。在相同大小面积传感器的对比中,CCD的分辨率一般也要比CMOS高出不少。因此,我们在市面常见的低照度标清摄像机基本都以CCD技术作为自己的传感设备。标清时代,CCD无疑比CMOS更受青睐。
 
CCD制造工艺复杂,只掌握在少数厂家手中,导致其制造成本居高不下,CCD尺寸每增大一点,成本就呈几何数增长,因此如果监控要走高清化,CCD显然发展前景有限。而CMOS最大特点在于其成本低、功耗低。在获得相同像素数的情况下,价格更低,具有很高性价比可以不断朝更高像素、更高分辨率发展,而高清监控对成本是非常敏感的,也因此市面上大部分高清摄像机都采用CMOS。
 
要做到高清,还需要在宽动态、自动白平衡、图像的锐利度、以及数字降噪、色彩调整、光线补偿等多方面技术协作。只有在这些综合性能都能够得到很好体现,并且彼此能够相互协调情况下,才可以说是高清的真正实现。CMOS与其他图像处理技术的结合要远远超过CCD,动态范围更高,响应速度也更快,更适合高清监控的大数据量特点。此外,随着技术的发展,CMOS的灵敏度也得到极大改善,在效果上,如今一些CMOS传感器与CCD已经不相上下。

关键字:图像传感器 CMOS CCD 
本文链接:http://www.cntronics.com/sensor-art/80031434
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