Карта сайта
Обратная связь

443086, Россия, г. Самара
ул. Ерошевского, дом 3а
+7 (846) 334-19-00, 334-19-20,
334-34-99, 334-47-71
info@kb-sb.ru
Полная контактная информация


CCD vs CMOS

Чем матрица CCD отличается от матрицы CMOS

 

   В данной статье мы постараемся кратко рассмотреть основные отличительные характеристики матриц CCD и CMOS, которые используются в системах видеонаблюдения. В основе обоих типов матриц лежат оксидные полупроводники. Электронный заряд каждого пикселя аккумулируется пропорционально попадающей на него освещенности. В матрицах CCD при освещенности электронный заряд с каждого пикселя передается на общую плату, где преобразуется в выходящее напряжение.

     Это благоприятно сказывается на качестве изображения. Предпочтительно использовать видеокамеры на CCD матрицах для съемки динамичных и мелких предметов. В матрицах CMOS заряд при освещенности накапливается в самом пикселе. В последние годы производства таких камер значительно снизили уровень шумов собственных и случайных, но тем не менее, видеокамеры на CMOS матрицах не очень подходят для съемки быстро движущихся объектов. CCD матрицы фото и видеокамер чувствительнее чем CMOS, кроме того для характерен низкий уровень собственных шумов. Но, в тоже время, они дороже в производстве, а как следствие повышается и итоговая стоимость видео приборов.
     Для камер на базе CMOS характерна меньшая чувствительность, но более высокое быстродействие. Достаточная низка стоимость, но в тоже время высокий уровень собственных шумов

Отношение производителей конечной продукции к выбору между CCD и CMOS радикально поменялось в 2001 г., когда основные поставщики впервые высказали общую точку зрения, касающуюся разграничения сфер их применения. К тому времени стало очевидным, что CCD обеспечивает лучшие показатели при съемке динамичных и мелких объектов, поэтому ее предлагалось использовать для построения систем, требующих высокого качества изображения: цифровых фото- и видеокамер, медицинского оборудования и т. д. CMOS же отводилась ниша устройств, для которых критична конечная стоимость -- недорогие фотоаппараты, бытовая, офисная техника и игрушки.

   Опыт производства, накопленный за годы развития CMOS, позволил с каждым новым поколением этих сенсоров существенно снижать фиксированные и случайные шумы, влияющие на качество картинки. Еще одно слабое место CMOS -- искажения, появляющиеся при захвате динамического изображения вследствие слабой чувствительности сенсора. В современных устройствах их удается избежать, а захват изображения без особых артефактов возможен со скоростью 15--30 кадров/с, и уже 0,3-мегапиксельные CMOS-сенсоры фактически были избавлены от этой проблемы.

   Однако победа в конкуренции технологий, скорее всего, лежит в плоскости уменьшения площади пиксела. Для успеха на рынке 1-мегапиксельных при диагонали 1/4 дюйма площадь пиксела должна составлять не более 3 мкм2. При всех усилиях производителей CMOS удовлетворить таким требованиям они пока не могут, поэтому, как считают эксперты, по крайней мере в ближайшее время  в данной нише будет господствовать CCD.

   Многие крупные производители компонентов выпускают и CMOS-сенсоры, и CCD-матрицы. Например, Sharp, крупнейший в мире поставщик модулей захвата изображения (и CCD, и CMOS), считает 2003 год эпохой настоящего расцвета технологии CCD.

Преимущества CCD матриц:
1. Низкий уровень шумов.  
2. Высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%).  
3. Высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%).  
4. Высокий динамический диапазон (чувствительность).

Недостатки CCD матриц:
1. Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология.   
2. Высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт).  
3. Дороже в производстве.


Преимущества CMOS матриц:
1. Высокое быстродействие(до 500 кадров/с). 
2. Низкое энергопотребление(почти в 100 раз по сравнению с CCD). 
3. Дешевле и проще в производстве. 
4. Перспективность технологии( на том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать все необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру на одном кристалле. Созданием такого устройства, кстати, с 2002 года занимаются совместно Samsung Electronics и Mitsubishi Electric).

Недостатки CMOS матриц:
1. Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность(эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы).  
2. Высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток)борьба с которым усложняет и удорожает технологию.  
3. Невысокий динамический диапазон.

 

Высокий уровень востребованности CMOS-сенсорам обеспечивают, в первую очередь, мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами. Преимущественной областью применения CCD-матриц остаются цифровые фотоаппараты, камеры видеонаблюдения и камкордеры. Однако и здесь можно найти исключения из общих тенденций – так, например, Canon широко применяет CMOS-сенсоры собственного производства в линейке своих цифровых зеркальных камер.


Комментари к статье:


 
Концепции безопасности