【導讀】CMOS圖像傳感器在各個市場領域,隨著應用需求的變化其技術也在不斷改進和演變,已經超出了滿足細分市場具體要求的目標。其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可制造性、低功耗、易于集成、低成本,以及最近出現(xiàn)的高品質圖像質量。
在每一個市場領域,這些CMOS技術進步已達到或超過了該領域的市場要求,CMOS的優(yōu)勢已使OEM能夠改進成型的相機產品。但是在數(shù)據(jù)的傳輸過程中CMOS傳感器是每個像素都有放大器,其放大效果保持均衡很困難,因而最后整合會產生噪聲。而且在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都遜色于CCD。
針對CMOS傳感器性能的不足之處,業(yè)界正在通過不斷的技術革新加以改善,其中最主要的技術突破點在于,低照度條件下的成像性能提升和降低圖像中的噪聲信號。
以提升低照度性能而言,業(yè)界提出了微透鏡(MicroLens)陣列技術,讓更多的光能導入到CMOS傳感器的每個像素(光電二極管)上,從而增加感應的亮度,不過微透鏡技術已屬微機電系統(tǒng)(MEMS)的層次,而非原有的單純半導體電路層次,所以挑戰(zhàn)難度的增加自是不難想像。
對于降低圖像中的噪聲信號,一種做法是對原有半導體制程進行改進,在CMOS電路的硅表面上摻入雜質,以此形成一個針扎層(PinningLayer),此結構可將光吸收到硅晶片的內部,進而降低(光電二極管)表面的噪聲,此種作法也稱為針扎光電二極管(PinnedPhotodiode)。目前此種作法確實改善了噪聲問題,使圖像品質提升,不過現(xiàn)階段此種制程也會增加晶片的制造成本。
隨著技術的發(fā)展,CMOS傳感器的性能正在得到快速提升。此外,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傳感器在成品率上的優(yōu)勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難,這樣CMOS傳感器在更高分辨率下將更有優(yōu)勢。另外,CMOS傳感器響應速度比CCD快,因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點。從市場方面來看,CCD的傳統(tǒng)生產廠商SONY已經開始把重心移向了CMOS傳感器,不但研發(fā)出了ClearVidCMOS技術,推出了Exmor系列的高清CMOS產品,在其生產的高清網(wǎng)絡攝像機中更是幾乎清一色地采用了CMOS傳感器,這也許可以看作是CMOS傳感器的一個階段性勝利。安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經成為不爭的事實,隨著CMOS圖像傳感器獲取更多的成像市場份額,CMOS技術一定會有更大的發(fā)展動力和更多創(chuàng)新,以順應市場未來的發(fā)展趨勢和要求。
高清圖像傳感器作為攝像機等高清圖像抓取設備的核心部件,決定著圖像質量。被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至傳感器芯片上,圖傳傳感器根據(jù)光的強弱進行處理,形成視頻信號輸出。CCD和CMOS是當前被普遍采用兩種圖像傳感器,兩者都利用感光二極管(photodiode)進行光電轉換,將圖像轉換為數(shù)字數(shù)據(jù),而其主要差異是數(shù)字數(shù)據(jù)傳送的方式不同。以性能來區(qū)分,他們基本主要體現(xiàn)在靈敏度,噪點處理以及功耗等方面。在相同大小面積傳感器的對比中,CCD的分辨率一般也要比CMOS高出不少。因此,我們在市面常見的低照度標清攝像機基本都以CCD技術作為自己的傳感設備。標清時代,CCD無疑比CMOS更受青睞。
CCD制造工藝復雜,只掌握在少數(shù)廠家手中,導致其制造成本居高不下,CCD尺寸每增大一點,成本就呈幾何數(shù)增長,因此如果監(jiān)控要走高清化,CCD顯然發(fā)展前景有限。而CMOS最大特點在于其成本低、功耗低。在獲得相同像素數(shù)的情況下,價格更低,具有很高性價比可以不斷朝更高像素、更高分辨率發(fā)展,而高清監(jiān)控對成本是非常敏感的,也因此市面上大部分高清攝像機都采用CMOS。
要做到高清,還需要在寬動態(tài)、自動白平衡、圖像的銳利度、以及數(shù)字降噪、色彩調整、光線補償?shù)榷喾矫婕夹g協(xié)作。只有在這些綜合性能都能夠得到很好體現(xiàn),并且彼此能夠相互協(xié)調情況下,才可以說是高清的真正實現(xiàn)。CMOS與其他圖像處理技術的結合要遠遠超過CCD,動態(tài)范圍更高,響應速度也更快,更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點。此外,隨著技術的發(fā)展,CMOS的靈敏度也得到極大改善,在效果上,如今一些CMOS傳感器與CCD已經不相上下。