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CCD和CMOS的区别,你了解吗?

2020-09-30

早期的CMOS和CCD差别较大的地方,是叫做填充因子(fill factor,也叫开口率)的参数。CMOS每一个像素都在自己这里完成电荷到电压的转换,而CCD是将电荷转移 ...

一表看懂CCD和CMOS都有些什么不一样
上表中,表格比较清晰的显示了两种芯片的不同之处。不过表中大都给出的是可以看得到的参数,那么从物理上解释,CCD和CMOS最主要的区别是什么呢?

CMOS和CCD的差别,早期CMOS性能为什么不如CCD?

早期的CMOS和CCD差别较大的地方,是叫做填充因子(fill factor,也叫开口率)的参数。CMOS每一个像素都在自己这里完成电荷到电压的转换,而CCD是将电荷转移到下一行最终通过统一的端口实现的这一过程。也就是说,早期的CMOS在像素大小相同的条件下,会出现电路占据很大空间,导致感光区域小,信号较弱的现象。所以在早期的CCD、CMOS相机中我们会明显感觉到CCD的成像质量更好,也因此,早期根本就没有sCMOS这种相机。
那么这一问题现在是否还会困扰现代的CMOS或者sCMOS呢?答案是否定的,随着技术的革新,背照式CMOS的出现将填充因子提升到接近100%的程度,CCD和CMOS在信号收集上的差异就没有啦!

sCMOS的问题, 图像的不均匀性

图像的不均匀性是一个困扰早期乃至现阶段sCMOS的问题,因为每个像素都有自己的放大器,而每个放大器并不全同,所以每一个像素的响应都会与其他像素有些许不同,而CCD则不会有这么一个问题,因为CCD是同一个放大器来解决问题的,也因此,CMOS、sCMOS中会多一个叫做光响应不均匀性(PRNU)的参数,要注意的是,这个参数并不是相机的线性度哦,线性度是像素响应不同光强的线性程度,而这个不均匀性是不同像素对同一光强响应的不均匀程度。当然,这个是可以通过校正来实现高质量图像输出的,一般厂家会将这一不均匀性的影响降至0.5%以下,当然我们也注意到某些进口厂家打着提供“原始数据”的名义对这个不均匀性不管不顾,只能说神TM“原始数据”好嘛!俗话说的好,世界上没有两滴同样的恒河水,这世界也没有两个长得一模一样的像素呀,相机出厂前不做好标定就好比尺子不标定好刻度呀,这也能忽悠住一群人也是不容易哈。
智能工厂的机器人视觉传感器摄像系统
 

两者读出噪声的差别
 
最后再说说读出噪声吧,其实现在的sCMOS读出噪声是比绝大多数CCD、EMCCD低的,这个的核心原因其实我们刚才也有提到,也就是CMOS和CCD读出结构的差异,我们都知道CCD只有一个端口,为了保持一定的帧率这个地方引入的读出噪声注定低不了,典型的读出噪声为4e-(50kHz),20e-(5MHz),130e-(30MHz)等,sCMOS因为每行都有端口,因此读出噪声现阶段为<2e-,预计到明年会有一批能到实现<1e-的sCMOS出现,也就是说,未来的sCMOS将可在绝大多数场景下替代EMCCD,至少从目前发布的产品资料来看。

以上就是本篇的区别了,至于坏像素对CCD、CMOS不同的影响,我们就放到之后的文章中慢慢解读吧。

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