引领未来潮流 使用COMS传感器DV大集合(2) | |
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http://www.sina.com.cn 2006年06月23日 09:26 天极yesky | |
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。 HC1E上使用的CMOS传感器 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。 |