什么是圖像傳感器？圖像傳感器產(chǎn)品的特點(diǎn)

圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能。將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。與光敏二極管，光敏三極管等“點(diǎn)”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分成許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)的一種功能器件。圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長、價(jià)格低等特點(diǎn)。因此在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。

圖像傳感器根據(jù)元件不同分為CCD、CMOS。

CMOS圖像傳感器和CCD攝像器件在20年前幾乎是同時(shí)起步的。CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中。由于CCD器件有光照靈敏度高、噪音低、像素小等優(yōu)點(diǎn)，所以在過去15年里它一直主宰著圖像傳感器市場。與之相反，CMOS圖像傳感器過去存在著像素大、信噪比小、分辨率低這些缺點(diǎn)，一直無法和CCD技術(shù)抗衡。但是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，過去CMOS圖像傳感器制造工藝中不易解決的技術(shù)難關(guān)現(xiàn)已都能找到相應(yīng)解決的途徑，從而大大改善了CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。目前CMOS單元面積的像素?cái)?shù)已可與CCD單元面積的像素?cái)?shù)相比，從而使CMOS圖像傳感器也可以做到高分辨率。如果能將CMOS黑白與彩色圖像傳感器的信噪比再提高10dB，光照靈敏度再提高4～5倍，那么CMOS圖像傳感器取代CCD器件就指日可待了。如果再考慮到CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、高集成這些過去沒有得到充分發(fā)揮的優(yōu)點(diǎn)，在今后都能得到充分發(fā)揮，那么一個(gè)嶄新的圖像技術(shù)時(shí)代即將來臨。

CCD傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：

高解析度

（High Resolution）：像點(diǎn)的大小為μm級(jí)，可感測及識(shí)別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。從1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到推出的1/9寸，像素?cái)?shù)目從10多萬增加到400～500萬像素；

低雜訊

（Low Noise）高敏感度：CCD具有很低的讀出雜訊和暗電流雜訊，因此提高了信噪比（SNR），同時(shí)又具高敏感度，很低光度的入射光也能偵測到，其訊號(hào)不會(huì)被掩蓋，使CCD的應(yīng)用較不受天候拘束；

動(dòng)態(tài)范圍廣

（High Dynamic Range）：同時(shí)偵測及分辨強(qiáng)光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號(hào)反差現(xiàn)象。

良好的線性特性曲線

（Linearity）：入射光源強(qiáng)度和輸出訊號(hào)大小成良好的正比關(guān)系，物體資訊不致?lián)p失，降低信號(hào)補(bǔ)償處理成本；

高光子轉(zhuǎn)換效率（High Quantum Efficiency ）：很微弱的入射光照射都能被記錄下來，若配合影像增強(qiáng)管及投光器，即使在暗夜遠(yuǎn)處的景物仍然還可以偵測得到；

大面積感光

（Large Field of View）：利用半導(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的CCD晶片，與傳統(tǒng)底片尺寸相當(dāng)?shù)?5mm的CCD已經(jīng)開始應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中，成為取代專業(yè)有利光學(xué)相機(jī)的關(guān)鍵元件；

光譜響應(yīng)廣（Broad Spectral Response）：能檢測很寬波長范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；

低影像失真

（Low Image Distortion）：使用CCD感測器，其影像處理不會(huì)有失真的情形，使原物體資訊忠實(shí)地反應(yīng)出來；

體積小、重量輕

CCD具備體積小且重量輕的特性，因此，可容易地裝置在人造衛(wèi)星及各式導(dǎo)航系統(tǒng)上；

低秏電力

不受強(qiáng)電磁場影響；

9.　電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊；

10.　可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。

根據(jù)In-Stat在2001時(shí)對全球圖像傳感器的研究報(bào)告中指出，CCD產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占了全球98.5%的市場份額，在技術(shù)發(fā)展方面，較有特色的主要廠商應(yīng)為索尼、飛利普和柯達(dá)公司。

CMOS特點(diǎn)

CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。CMOS即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，主要是利用硅和鍺兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本的功能。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。

在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，CCD的使用最為廣泛，長期以來都在市場上占有主導(dǎo)地位。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此進(jìn)入高清監(jiān)控時(shí)代以后，CMOS逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)普遍采用CMOS感光器件。

CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二級(jí)管組成的CCD，CMOS電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要問題是在處理快速變換的影像時(shí)，由于電流變換過于頻繁而過熱，暗電流抑制的好就問題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)噪點(diǎn)。

已經(jīng)研發(fā)出720P與1080P專用的背照式CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。與表面照射型CMOS傳感器相比，背照式CMOS在靈敏度（S/N）上具有很大優(yōu)勢，顯著提高低光照條件下的拍攝效果，因此在低照度環(huán)境下拍攝，能夠大幅降低噪點(diǎn)。

雖然以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的百萬像素?cái)z像機(jī)產(chǎn)品在低照度環(huán)境和信噪處理方面存在不足，但這并不會(huì)根本上影響它的應(yīng)用前景。而且相關(guān)國際大企業(yè)正在加大力度解決這兩個(gè)問題，相信在不久的將來，CMOS的效果會(huì)越來越接近CCD的效果，并且CMOS設(shè)備的價(jià)格會(huì)低于CCD設(shè)備。

安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經(jīng)成為不爭的事實(shí)，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。另外，CMOS響應(yīng)速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。