CCD
电荷耦合组件 (CCD,Charge-coupled Device)是一种集成电路,上有许多排列整齐的电容,能感应光线,并将影像转变成数字讯号。
经由外部电路的控制,每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。
CCD广泛应用在数字摄影、天文学,尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜,和高速摄影技术如Lucky imaging。
CCD的原理简单,我们可以把它想象成一个没有盖子的记忆芯片。
光子在接触这些记忆单元后产生电子(光电效应),因此光子的数量与电子的数量是成比例的。
但光子的波长在这一过程中无法转换为电子,因此CCD芯片无法识别颜色。
CMOS
互补式金属-氧化层-半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS,简称互补式金氧半导体)是一种集成电路制程,可在硅晶圆上制作出PMOS(P-channel MOSFET)和NMOS(N-channel MOSFET)组件,由于PMOS与NMOS在特性上为互补性,因此称为CMOS。
此制程可用来制作微处理器(microprocessor), 微控制器(microcontroller),静态随机存取内存(SRAM)与其它数字逻辑电路。
CMOS制程经常也被用来当作数字影像器材的感光组件使用,尤其是片幅规格较大的数字单眼相机。
虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为韧体或计算工具的用途非常不同,但基本上它仍然是采取CMOS的制程,只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能,再透过芯片上的数字─模拟转换器(ADC)将获得的影像讯号转变为数字讯号输出。
我们对CMOS的认识是从去年佳能公司发布EOSD30的准专业级数码机身开始的。
当时许多业内人士都大吃一惊,对采用这种廉价的材料来做感光元件感到不可思议,认为CMOS的成像质量无法满足较高要求的专业用户的需要。
那用CMOS做的感光元件在成像质量上真的一无是处吗?还是让我们先来了解一下什么是CMOS吧。
CMOS即互补性金属氧化物半导体,其在微处理器、闪存和ASIC(特定用途集成电路)的半导体技术上占有绝对重要的地位。
CMOS和CCD一样都可用来感受光线变化的半导体。
CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。
这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。
不像由二极管组成的CCD,CMOS电路几乎没有静态电量消耗,只有在电路接通时才有电量的消耗。
这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右,这有助于改善人们心目中数码相机是"电老虎"的不良印象。
我们知道在佳能EOS系列AF相机上,CMOS一直在测光对焦系统中使用。
佳能在这方面有雄厚的技术力量和丰富的经验。
发展到今日已经比较容易地以较低的成本制造较大大尺寸的CMOS感光芯片,并且CMOS可以将影像处理电路集成在芯片上。
CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而过热。
暗电流抑制得好就问题不大,如果抑制得不好就十分容易出现杂点。
D30有专门的回路控制暗电流,在长于1秒的曝光时降噪系统会自动工作,可以从很大程度上降低噪点的产生。
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。
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