引领DV未来发展潮流 COMS传感器大集合

　　一、CMOS传感器代表DV未来的发展方向

　　1、索尼、三星、佳能等厂商大力投入CMOS传感器的研发

　　CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），它的中文名称是“互补性氧化金属半导体”。主要是利用硅和锗这两种元素所做成的，使其在CMOS上共存着带N（带-电）和 P（带+电）级的半导体，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工作原理

　　在影像行业里，佳能公司很早就开始着手开发去除CMOS信号噪音的技术，并创造出集成电路杂音减少技术、电荷转移技术和集成电路程序的扩大增益技术，使CMOS传感器具备了媲美CCD的画质，并领先于其它公司将其运用于数码单反相机之中，并因此而闻名。

ccd工作原理

　　作为全球最重要的CCD厂商，索尼其实也很早就已经开始CMOS传感器的研究。2004年索尼扩大了在日本的CMOS生产，斥资5000亿日元投产了CMOS图像传感器生产基地，明确宣布将CMOS传感器作为今后发展重点。2004年9月，尼康发布了使用索尼研发的1000万像素CMOS传感器的顶级单反数码相机D2X。2005年索尼发布了使用1000万像素CMOS传感器的数码相机R1。显示了索尼在该领域所具备的的顶尖研发与生产实力。

　　随后索尼开始了小尺寸CMOS传感器的研究，开发了1/3英寸的300万像素CMOS传感器，并率先将其应用到DV领域，给了业界以极大震惊。自2005年3月以来，索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型。

　　作为世界半导体巨头的三星公司也投入了相当大的研发力量。从2005年下半年到2006年初，三星相继发表了多个不同型号CMOS感光元件，在这一领域已经取得相当大的成果。虽然目前还没有三星开发DV用CMOS感光元件的消息，但从近期发表的研究成果来看，三星进入这一领域仅仅是时间问题。

　　2、索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型

　　自2005年3月以来，索尼先后发布了6款应用CMOS传感器的DV机型，它们分别是：

　　2005年3发布的DCR-PC1000E，它是索尼第一款采用CMOS传感器技术的数码摄像机。

　　在2005年7月，索尼发布了采用CMOS传感器的便携式高清数码摄像机HDR-HC1E，这款HDV的推出将索尼在CMOS领域的尝试推向了新的顶峰，使HDV真正走向普及成为可能。不久索尼发布了采用同样CMOS传感器的HC1E的专业版机型HVR-A1C。

　　在2006年3月，索尼发布了采用经过技术改进的“晶锐CearVID CMOS传感器”的两款DVD数码摄像机DCR-DVD905/DCR-DVD505。

　　2006年5月，索尼发布了采用“晶锐CearVID CMOS传感器” 的便携式高清数码摄像机HDR-HC3E。

　　从目前来看，索尼采用CMOS传感器的6款DV，主要集中在中高端机型，不过有一点应该指出的是，这些中高端机型已经将过去同档次机型的价位大大降低。相信随着技术的进步和成本的进一步降低，CMOS传感器在中低端DV领域的普及不过是早晚的事。

　　3、给HDV最有力的支持

　　随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMOS技术发展的一个难得机遇。在索尼发布的三款便携式民用高清DV中，无一例外地都使用了1/3英寸的CMOS传感器。与CCD相比，CMOS的制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低。而且同样尺寸的CCD要比CMOS贵很多，这阻碍了HDV向普通大众的普及。对于普通大众来说，价格昂贵、体积过于庞大是很难被接受的。

　　从索尼主打“CMOS+高清”的整体策略来看，未来的数码摄像机将出现CCD和CMOS齐头并进的态势，CCD独唱的局面将一去不复返。

　　二、CMOS与CCD传感器深度解析

　　1、传统CCD和CMOS的比较

　　CCD和CMOS感光元件都采用感光二极管作为捕获光线的部件，感光二极管受到光线照射时会输出电流，电流的强度则和光照的强度成正比。但不同的是，一个CCD感光单元除了感光二极管之外，只包括一个控制相邻电荷的寄存器。而CMOS感光单元的构成则比较复杂，除了感光二极管之外，还包括放大器和模/数转换电路，这样一个感光单元就包含了一个感光二极管和三个晶体管。每个CCD或CMOS感光单元就是感光元件上的一个子像素。

　　不过，CCD和CMOS感光元件的工作原理并不相同。在CCD中，每个感光单元产生的电荷，也就是模拟信号沿着同列的垂直寄存器逐次传输，并逐次与下一个感光单元的信号结合，直到进入水平寄存器，最终由输出端经过放大器的放大输出。这些模拟信号再经过模数转换芯片处理之后，以二进制图像矩阵的形式传输给专用的DSP芯片处理。而在CMOS中，单个单元就可以完成电信号的放大和模/数转换工作，所得的数字信号合并后直接交给DSP芯片处理。不同的结构和工作原理使得CCD和CMOS这两种感光元件各自拥有不同的特点。

　　2、CCD和CMOS的优缺点

　　由于CCD感光元件的单个感光单元结构简单，因此在相同面积下，CCD感光元件可以做得比CMOS更加精细，分辨率更高；同时，在感光单元中，感光二极管占有更大的面积，所得图像也比较艳丽；此外，由于统一进行信号放大，因此图像的噪音小。不过，CCD也有一些缺点，首先是要使用专用的制造设备，而且一个单元的损坏会造成整个列的失效，成品率低，导致生产成本较高；其次，CCD需要外加电压才能使电荷流动，并且不同的垂直寄存器需要的电压不一样，要用专用的电源管理电路配合，功耗比同尺寸的CMOS高；再次，由于CCD感光元件本身无法和模/数转换等周边电路整合，因此整个模块的小型化比较困难。

    CMOS感光元件可以利用标准的CMOS半导体芯片生产技术大规模生产，同时，它的每个感光单元都是独立的，即使损坏也不会影响到其他单元，因此生产成本低廉；其次，由于每个单元独立进行信号放大和模/数转换，因此不但功耗很低，而且整个模块的体积也更小。但是，由于感光单元中更大的部分被放大器和模/数转换单元占据，传统CMOS元件的开口率很低，由此导致光利用效率差，色彩也不够艳丽；此外，由于每个单元独立输出，初始信号的放大率很难做到严格统一，因此图像的噪声问题比较严重。

　　3、不断发展的CMOS新技术

　　首先是制造工艺的提升。减小晶体管的尺寸，扩大感光单元的有效感光区域是提升CMOS感光元件开口率最直接的办法，这方面的代表技术是索尼的“精细处理技术”。索尼的HDV-HC1使用的 1/3英寸300万像素CMOS感光元件通过采用精细处理技术，减小了晶体管的尺寸，成功地使灵敏度比普通CMOS提高了20%，动态范围提高了56%，噪音也进一步降低。

　　降低噪声技术——CMOS感光元件的噪声来源有两种：一是固定图像噪声，指的是由于感光单元的放大器放大率不同而出现的噪声；二是由于内部电磁干扰产生的随机噪声。降噪的方法一是在CMOS芯片内部内置降噪电路，二是在DSP芯片中作降噪处理，其余还包括优化CMOS感光元件的结构等等，佳能、索尼等公司在数码相机用CMOS感光元件和处理芯片中都已经搭载了效果很好的降噪技术。

　　索尼在数码摄像机的影像处理技术（也就是所谓的“算法”）上的改进也很重要。索尼专门为CMOS感光芯片开发了“增强型影像处理器”，使用了全新的算法，能够很好地提升HDV影像的动态范围，表现影像的层次感。

　　三、采用CMOS传感器的代表机型（一）

　　1、DCR-PC1000E——世界首款3CMOS摄像机

    2005年3月的CES大展上，索尼展示了自己的首款3CMOS数码摄像机DCR-PC1000E。该机采用了3块1/6英寸的COMS传感器。另外，该机配备的高精度色彩处理系统保证了摄像机所拍摄的动态和静态影像质量，使色彩还原更加出色。据索尼称PC1000E可以获得更好的影像质量，比一般单CCD的DV色彩还原要更准确，层次更丰富。值得一提的是通过索尼独特的像素位移技术，PC1000E可以生成280万像素的静态数码照片，提供最大分辨率1920×1440像素的照片拍摄功能。PC1000E配备了10倍光学变焦卡尔蔡司T*镜头，光圈值为F1.8-2.4。另外，该机装载了一块12.3万像素2.7英寸宽屏触控式液晶显示屏，可以在屏幕上进行图像缩放和录制操作，效果出色。PC1000E支持4声道立体声音效记录，配合选配的环绕声麦克风（ECM-HQP1）可以录制具有完美表现的4声道音效。

　　评价：从某种意义上说PC1000E还是一款“试验机型”，该机与索尼原来色彩鲜艳的风格有所不同，色彩表现更倾向于真实自然，缺点是低照度下的噪波比较明显，这与它采用的传感器尺寸比较小有关系。现在看，索尼更倾向于使用单片、大尺寸传感器，这种3块1/6英寸的小尺寸传感器的机型，不会是今后的重点。

　　2、HDR-HC1E

　　HDR-HC1E配备了1/3英寸，300万像素的CMOS影像感应器，结合索尼特别为CMOS影像感应器所设计的强化型影像处理器，实现了更宽广的动态范围。此外，得益于这项技术，HC1E具有低耗电量的优点。

　　HC1E配备了10倍的光学变焦卡尔蔡司Vario-Sonnar T*镜头，使用了最先进的多层涂膜技术，能有效减少耀光和鬼影现象，使摄录画质色彩自然，画面生动逼真。

　　HC1E也是一台具有静像照片拍摄功能的高清数码摄像机，在静像拍摄模式下，可拍摄具有更加完美细节和锐利的280万像素的静像照片。

　　HC1E的用户可自由选择拍摄格式，HDV1080i (16：9)格式，或标准的DV格式（16：9或4：3）以配合自己视听环境。以HDV1080i格式拍摄的影像，可以直接在高清电视机上回放。HC1E全新的4声道麦克风和新颖设计电路，极大的增强了前端的立体声录音功能，令HDR-HC1E录制出清晰，生动的声音效果，并降低了噪音。

　　评价：在PC1000E的基础上，索尼对数字处理电路进行了改进，使HC1E无论在色彩，还是分辨率上都有了很大的改进，该机在影像品质方面有不错的表现。但是HC1E的最低照度仍然是7Lux，CMOS感应器的灵敏度仍然需要改进。把CMOS用于民用高清，是索尼大胆的尝试，CMOS在成本方面的优势占了很重要的原因。

　　3、索尼HVR-A1C

　　A1C是HC1E的升级版。A1C配备了一块1/3英寸、297万像素的新型CMOS影像感应器，实现了更宽广的动态范围记录。在拍摄HDV格式时有效像素可达到198万，.结合特别为CMOS所设计的强化型影像处理器， 使拍摄出来的影象更加清晰。

　　A1C采用了口径37mm的高精确卡尔蔡司Vario-Sonnar T*镀膜镜头，可做10倍光学变焦以及120倍的数码变焦。此镜头采用了先进的多层表面T*镀膜涂层，有效减少了约52%不必要的耀光和鬼影现象。

　　A1C采用全新的HDV格式—HDV 1080i标准，可以拍摄并重放1080i HD信号，同时兼容索尼DVCAM产品具有的HDV/DVCAM/DV(SP)格式的录制及重放。另外A1C使用了“HD解码引擎”，采用了实时MPEG编码/decoding系统，能实时处理高质量和高效率的视频信号。A1C手动功能相当丰富，可以进行手动曝光、手动对焦、定点对焦、点测光、手动白平衡等设置。这些我们均能够通过LCD屏幕上的触摸按键来操作。A1C采用了一块12.3万像，2.7寸大的混合式LCD，并具备轻触式功能。

　　评价：A1C针对HC1E存在的一些问题，又进行了改进，从影像品质来看，已经趋向于完美。该机可以适应更多的拍摄环境，扩展能力更强。

　　四、采用CMOS传感器的代表机型（二）

　　4、索尼 HC3E

　　HC3E采用了1/3英寸Clear-vid CMOS传感器，静态像素400万，可以在拍摄1080i高清晰视频图像。HDR-HC3E体积仅有82×139×78mm，比2005年步入市场的HDR-HC1E缩小了26%，同时增加了高清晰电视及其他产品的主流接口HDMI。拥有卡尔•蔡司Vario Sonnar T* 10倍光学变焦镜头，配合光学变焦可以达到80倍，口径30mm。同时，索尼在HC3E上引入了Easy Handycam按键，舍弃了HC1配备的麦克风输入接口，抛弃了手动快门速度控制及color bar（彩条）与shot transition（专业的换景效果）功能等。

　　评价：HC3E是索尼公司第三代便携式民用高清摄像机，相对于前者来说，索尼的技术人员通过压缩镜头的尺寸和将机器内3块芯片整合成一个，从而减小了机器的尺寸，HC3在尺寸上比HC1缩小了26%左右，重为500g，与普通的家用DV已经没有太大的区别。另外，HC3的价格也更加便宜。体积更小、价格更加便宜，这两点会加速便携式民用高清摄像机的迅速普及，其中CMOS传感器的功劳不可抹杀。此外Clear-vid CMOS的性能比前代更加优越。

　　5、索尼 DVD905E

　　DCR-DVD905E是索尼新推出的DVD摄像机旗舰机型，采用了1/3英寸晶锐ClearVid CMOS传感器，能拍摄最高400万像素的静态照片。晶锐CMOS传感器具有更高的动态范围，更低的噪点，并有效减少拖尾现象，同时还具有超高速数据读取和低功耗的特点。DCR-DVD905E配备了新的增强型影像处理器和30mm大口径10倍光学变焦蔡司Sonnar T*镜头。为了达到更好的取景效果，DCR-DVD905E使用了21.1万像素的3.5英寸的超级晶彩屏。DCR-DVD905E还具备 “平稳缓慢拍摄”功能。DCR-DVD905E具备双重录制功能，带有记忆棒插槽，在拍摄动态视频的同时可以拍摄高分辨率静态照片，并且都兼容PictBridge打印协议。支持DVD-R、DVD-RW和DVD+RW制式的8cm DVD光盘。

　　评价：把CMOS传感器引入DVD摄像机领域，是索尼既定的战略。不过DVD905E的实际静态像素为200万，400万像素是插值的结果。