Ccd cmos: Sorry, this page can’t be found.

Содержание

Сравнение CMOS и CCD в видеонаблюдении

СРАВНЕНИЕ CMOS И CCD В ВИДЕОНАБЛЮДЕНИИ

Сенсоры CCD и CMOS последние несколько лет находятся в состоянии непрерывного соперничества. В данной статье мы постараемся рассмотреть преимущества и недостатки данных технологий. ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью. В CCD-сенсоре, свет (заряд), падающий на пиксель сенсора, передается от микросхемы через один выходной узел, или через всего лишь несколько выходных узлов. Заряды преобразуются в уровень напряжения, накапливаются и рассылаются как аналоговый сигнал. Этот сигнал затем суммируется и преобразуется в числа аналого-цифровым преобразователем, вне сенсора. КМОП (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. На ранней стадии, обычные CMOS-чипы использовались для отображения, однако качество картинки было низким, в связи с низкой световой чувствительностью КМОП-элементов. Современные CMOS-сенсоры изготавливаются по более специализированной технологии, что привело к стремительному росту качества изображения и светочувствительности за последние годы. CMOS-чипы обладают рядом преимуществ. В отличие от CCD-сенсоров, CMOS-сенсоры содержат в себе усилители и аналого-цифровые преобразователи, что значительно снижает стоимость конечного продукта, т.к. он уже содержит все необходимые элементы для получения изображения. Каждый CMOS-пиксель содержит электронные преобразователи. CMOS-сенсоры обладают большим функционалом и более широкими возможностями интеграции. Одной из основных проблем при использовании CMOS-матриц в видеокамерах было качество изображения.

CCD-матрицы обеспечивали и обеспечивают сейчас более низкий шумовой уровень. В результате CMOS-чипы чрезвычайно плохо вели себя при низкой освещенности, по сравнению с CCD-чипами. И поскольку низкая освещенность - одна из основных трудностей при видеосъемке, это было главным барьером для использования CMOS-матриц. Однако, опыт производства, накопленный за годы развития CMOS, позволил с каждым новым поколением этих сенсоров существенно снижать фиксированные и случайные шумы, влияющие на качество картинки. Еще одно слабое место CMOS - искажения, появляющиеся при захвате динамического изображения вследствие слабой чувствительности сенсора. Изображения автомобилей могут содержать очень яркие элементы, такие как фары, солнце, а также очень темные участки, например, на номерных знаках. По этой причине для обработки сцен с большими контрастными перепадами необходим широкий динамический диапазон. ПЗС-сенсор обладает хорошими параметрами динамического диапазона, однако предусмотренный в КМОП доступ к отдельным пикселям, дает куда больше возможностей для получения лучшего динамического диапазона. Также при использовании CCD-матриц яркие пятна сцены могут создавать вертикальные линии на картинке и мешать распознаванию номерного знака из-за выцветания и смазывания. Несмотря на то что CCD-матрицы имеют более высокую характеристику чувствительности, основным фактором, ограничивающим их применение, является низкая скорость считывания заряда и, как следствие, невозможность обеспечения высокой скорости формирования изображения. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. В свою очередь, технология CMOS, объединяющая светочувствительный элемент и микросхему обработки, позволяет получать высокую скорость формирования кадра даже для 3 Мп сенсоров. Однако использование мегапиксельных CMOS-сенсоров для IP-камер систем видеонаблюдения требует эффективного сжатия потока данных. Наиболее распространенными алгоритмами компрессии в IP CCTV в настоящее время являются M-JPEG, MPEG4 и H.
264. Первый нередко реализуется непосредственно на CMOS-сенсоре самим производителем матрицы. Алгоритмы MPEG4 и H.264 – более эффективные, но требуют мощного процессора. Для формирования потока реального времени с разрешением более 2 мегапикселей в CMOS IP-камерах используются сопроцессоры, обеспечивающие дополнительные вычисления. В настоящее время IP-камеры на основе CMOS-сенсоров становятся все популярнее в первую очередь благодаря поддержке технологии со стороны лидеров IP видеонаблюдения. При этом их стоимость выше, чем аналогичных камер на CCD. И это несмотря на то, что технология CMOS, объединяющая аналоговую и цифровую части устройства, позволяет создавать более дешевые камеры. Ситуация такова, что сегодня стоимость IP-камеры определяется ее возможностями и характеристиками. Принципиальным является не тип матрицы, а программное обеспечение, реализуемое процессором камеры.

Преимущества CCD матриц: Низкий уровень шумов, высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%), высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%), высокий динамический диапазон (чувствительность), хорошая чувствительность в IR-диапазоне.

Недостатки CCD матриц: Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология, высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт), дороже в производстве.

Преимущества CMOS матриц: Высокое быстродействие (до 500 кадров/с), низкое энергопотребление (почти в 100 раз по сравнению с CCD), дешевле и проще в производстве, перспективность технологии (на том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать все необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру на одном кристалле).

Недостатки CMOS матриц: Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность (эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы), высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток) борьба с которым усложняет и удорожает технологию, невысокий динамический диапазон.

Как и любая технология, технологии CMOS и CCD обладают преимуществами и недостатками, которые мы постарались рассмотреть в данной статье. При выборе камер необходимо учитывать все плюсы и минусы данных технологий, обращая внимание на такие параметры как светочувствительность, широкий динамический диапазон, энергопотребление, уровень шума, стоимость камеры.

(использован материал с сайта компании Айтура)

CMOS/CCD датчики

Автор: admin

21 Сен

Исключительно высокое качество изображения, точная цветопередача, высокая светочувствительность и низкий уровень собственных шумов, свойственные данному сенсору, достигнуты благодаря разработкам компании ON Semiconductor в области улучшения характеристик пикселей.

AR0330CS — это 1/3-дюймовый цифровой CMOS датчик изображения с активной матрицей размером 2304 х 1536 пикселей. Устройство поддерживает разрешение 3.15 мегапикселей (2048 х 1536) для цифровых статических изображений и 1080p для цифрового видео. Датчик обеспечивает высокоскоростной захват изображения и снабжен различными функциями: усиление видеосигнала, настройка частоты кадров и экспозиции при низком энергопотреблении.


Читать далее »

Автор: admin

5 Авг

Использование неэкранированной витой пары вместо коаксиальной низковольтной дифференциальной линии LVDS для передачи видеосигнала снижает стоимость линии связи.

Макетная платформа MPC5604EKIT на основе процессора MPC5604E разработана в качестве шлюзовой системы для передачи данных от различных источников через сеть Ethernet посредством неэкранированной витой пары. Эта платформа представляет собой полноценное средство проектирования для следующего поколения промышленных и автомобильных камер и является совместной разработкой компаний Freescale и Aptina.

Часть, представленная компанией Freescale, включает в себя микропроцессор MPC5604E, способный производить сжатие видеосигнала и передачу его через сеть Ethernet, а также программное обеспечение для камер Ethernet с использованием MPC5604E.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Freescale
Автор: admin

5 Авг

Благодаря использованию технологии Aptina™ DR-Pix™ , позволяющей достичь высочайшего качества изображения как при тусклом освещении, так при ярком свете, новая сверхчувствительная матрица AR1411HS составит достойную конкуренцию продуктам высшей категории.

Динамический диапазон матрицы составляет 79 дБ, а чувствительность — 20.5 ke/лк*с. При разрешении 14 мегапикселей и скорости считывания 80 кадров/с матрица способна выводить полнокадровое изображение со скоростью 1.1 гигапикселей/с, что на 40 % выше, чем у её 10-мегапиксельного предшественника.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Aptina
Автор: admin

3 Июл

Компания Aptina представила цифровую CMOS-матрицу изображения AR0835HS размером 1/3.2 дюйма, выполненную по технологии задней подсветки (BSI) с эффективным разрешением 3264 x 2448 пикселей (полное разрешение матрицы с учётом краевых пикселей составляет 3280 x 2464).

Матрица интегрирует в себе сложные функции камеры, такие как зеркальное отображение, режим пропуска строк и столбцов и контекстное переключение для режима съёмки с нулевой задержкой срабатывания затвора. Устройство может быть сконфигурировано посредством простого двухпроводного интерфейса и имеет очень низкое энергопотребление. Цифровой сенсор AR0835HS выполнен по передовой КМОП-технологии с низким уровнем шума и размером пикселя 1.4 мкм, благодаря которой достигается качество изображения, близкое к аналоговым CCD-матрицам по показателям отношения сигнал-шум и минимальной световой чувствительности.


Читать далее »

  • Комментарии отключены
  • Рубрика: Aptina

Новые скоростные GigE Vision камеры обеспечивают плавный переход с CCD на CMOS

Канадская компания Teledyne DALSA, мировой лидер в области технологий машинного зрения, представляет новые модели Genie Nano 2.4M, M1950 и C1950, оснащенные новейшими в отрасли CMOS-сенсорами Sony.

Новые модели камер Genie Nano предлагают надежное и экономичное решение для организаций, желающих обновить существующие системы машинного зрения с SONY CCD до SONY CMOS.

Эти доступные по цене и простые в использовании цифровые камеры разработаны специально для контроля в промышленности с помощью технического зрения и автоматизации производства. Благодаря полнокадровому электронному глобальному затвору Genie Nano M1950 и C1950 обеспечивают высокоскоростной захват изображения без размытия или искажений.

Камеры Genie Nano 2.4M построены на основе ½" CMOS сенсоров Sony Pregius IMX392 – специально предназначенных для замены CCD (ПЗС) датчиков ICX818. Эти последние модели Nano предлагаются в разрешении 2,4 Мп (1936 x 1216) с интерфейсом GigE Vision в цветном или монохромном режиме, подходящем для различных условий эксплуатации.

Ключевые особенности

  • Технология TurboDrive обеспечивает высокую скорость передачи данных, превышающую ограничение GigE
  • Технология Triger-to-Image-Reliability надежно захватывает и передает изображения с камеры на компьютер
  • Небольшая занимаемая площадь и легкий вес: 44мм х 29мм х 21мм / 47 грамм
  • Широкий температурный диапазон от -20 до 65 °C для работы в суровых условиях
  • Компактные и универсальные с возможностью подключения PoE

Камеры будут доступны для предзаказа со второго квартала 2019 года. Для получения дополнительной информации о моделях Genie Nano M1950 и C1950 посетите страницу серии камер машинного зрения Genie Nano GigE. 

КамераIQ является единственным официальным представителем Teledyne DALSA в России.

По материалам
компании КамераIQ

https://www.cameraiq.ru

Основные типы светочувствительной матрицы CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП)

Основные типы светочувствительной матрицы CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП)

Светочувствительные матрицы (сенсоры) бывают двух основных типов ― CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП).

Рис. 1. Структурная схема матриц ПЗС и КМОП.

1) CCD (Charge-Coupled Device) матрица ― чип памяти, чувствительный к синему, красному и зелёному цветам. Используется в технологии сканирования в качестве оптических приемников. Изготовливается по технологии «приборов с зарядовой связью» (ПЗС).

2) CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) матрица ― светочувствительная матрица, изготовленная по технологии металл-оксид-полупроводник структура (КМОП), сенсорная технология - конвертирует свет в электронные сигналы.

 

Таблица 1. Основные отличия между матрицами CCD и CMOS.

CCD матрица

CMOS матрица

заряжается светом, значит, меньше проблем с темновыми токами

разряжается светом, есть токи утечки

считывается от строки к строке последовательно, энергопотребление системы большое

строки и столбцы могут считываться произвольно, что позволяет строить более гибкие системы

матрицы требуют специальных технологических процессов и материалов при производстве,

что значительно ограничивает их производство

и требует капиталовложений

матрицы могут производиться на любом

КМОП заводе, а значит, их массовый выпуск

наладить просто и недорого

имеют лучшую чувствительность, но требуют дополнительных микросхем для получения изображения, что увеличивает стоимость, размеры и энергопотребление системы

содержат все устройства на одном кристалле,

что делает систему экономичной, малогабаритной и дешевой; принцип "все в одной схеме"

 

Из таблицы следует, что матрицы CMOS намного дешевле по сравнению с CCD-матрицами. На основе технологии CMOS можно делать сенсоры с большим количеством мегапикселей, и стоить они будут недорого (по сравнению с CCD). Но шумы CMOS-матрицы не дают изображение такого качества, которое имеют камеры с CDD-матрицами.

 

>> Назад

Каталог товаров

Нет товаров для сравнения

Что такое камера заднего вида? Отличие CCD от CMOS сенсора.

Для чего в автомобиле камера заднего вида

Камеры заднего вида – это оптические приборы, при помощи которых на монитор, находящийся в салоне автомобиля передается изображение того, что происходит позади машины. В наше время это достаточно распространенная опция, без которой многие автолюбители не представляют себе ежедневного использования авто. 

Наличие камеры упрощает процесс парковки в любое время суток и при любой дорожной обстановке. В зависимости от марки автомобиля, цены на камеры и на их установки сильно разнятся. Многие автомобили имеют данный девайс в своей заводской комплектации. Парковочные камеры пришли на замену т.н. парктроников, но нередко используются и вместе с ними. Камеры помогают не повредить чужую машину и сохранить целостность своей, поэтому их ставят не только новички, но и опытные автовладельцы.

Виды и принцип работы камеры заднего вида

Современная камера заднего вида, как правило, состоит из:

  • оптического блока;
  • сенсора со светочувствительным датчиком;
  • жидкокристаллического монитора.

Благодаря небольшому размеру, камеры обычно устанавливаются над номерным знаком. Вывод изображения направляют на монитор, установленный в центральной панели авто, либо монтируют монитор на место зеркала заднего вида. Иногда для этих целей устанавливают дополнительный экран в салоне автомобиля - это зависит от личных предпочтений автолюбителя.

Чем отличаются сенсоры CCD и CMOS

Очень важной деталью камеры заднего вида является светочувствительный сенсор. На данный момент на рынке представлено оборудование двух видов:

CCD – обладает большей светочувствительностью, благодаря чему, изображение выглядит максимально реалистично. Это особенно важно в темное время суток. Сенсор имеет более высокое разрешение (по сравнению с CMOS). Единственным недостатком данного типа камер является довольно высокая цена, по сравнению, опять же, со CMOS - камерами. 

CMOS – более бюджетный вариант, доступный для большинства автовладельцев. Этим же обусловлены и некоторые недостатки. Так, например, данный тип камер более подвержен шумам в темное время суток, чем CCD камеры. Из преимуществ можно выделить низкое энергопотребление.

При выборе камеры также нужно учитывать: возможность передачи зеркального изображения; угол обзора более 120 градусов; наличие разметки на камере; инфракрасную подсветку.

Исходя из ежедневных потребностей конкретного автовладельца и ограниченности личного бюджета, всегда можно подобрать подходящую камеру заднего вида, что обеспечит безопасность движения задним ходом при любых обстоятельствах. Приобретая данный девайс, вы получаете верного помощника на долгие годы.

CCD против CMOS: что лучше?

от Дуга Джорджа.

Устройство с зарядовой связью (известное как ПЗС) доминирует в астрономии и бытовой электронике на протяжении почти пяти десятилетий. Это меняется.

ПЗС-матрица, получившая Нобелевскую премию, была изобретена в 1969 году и стала зрелой технологией примерно через 20 лет. Камеры CCD получили широкое распространение для фотосъемки, видео и фотометрических измерений, заменив предыдущие поколения громоздкого оборудования с электронными лампами. Космический телескоп Хаббла, запущенный в 1990 году, широко использует технологию ПЗС для получения потрясающих видов и научных данных.На внутреннем рынке потребители покупали портативные видеокамеры на основе ПЗС, позволяющие записывать семейную жизнь, а предприятия использовали их для камер видеонаблюдения и оборудования для досмотра.

В середине 80-х годов прошлого века датчики Active Pixel были изобретены как недорогая альтернатива доминирующей технологии CCD. В начале 2000-х эти датчики были модернизированы, чтобы использовать теперь уже стандартную технологию транзисторов CMOS. Хотя ранние датчики CMOS Active Pixel использовались только в приложениях с низкой производительностью, появление смартфонов подтолкнуло производителей к быстрому повышению их производительности.К 2007 году КМОП достигли рыночного паритета с датчиками ПЗС, а к 2019 году появились первые датчики, способные превзойти ПЗС-матрицы. Сегодня CMOS достигла такой степени, что заменяет CCD во всех приложениях, кроме самых специализированных.

Давайте сначала сравним, как работают два типа датчиков.

Датчики камеры используют элементы изображения, известные как «пиксели», для обнаружения света. Распространенная аналогия, когда говорят о пикселях, - это представить набор ведер, собирающих дождевую воду. Вы можете определить форму и плотность облака над головой по тому, сколько воды попадает в каждое ведро.

Аналогия с ведром

CMOS и CCD используют массивы кремниевых пикселей («ведер») для обнаружения света. Когда фотон света попадает в атом кремния, он переводит электрон в более высокое энергетическое состояние. Это позволяет электрону двигаться сквозь материал. Сейчас его называют фотоэлектроном («капля дождя»).

Большая разница возникает при считывании показаний датчика. В устройстве с зарядовой связью (CCD) специальные электроды притягивают и отталкивают электроны, перетасовывая их один за другим в угол микросхемы.В нашей аналогии вода переливается из одного ведра в другое, как в старомодной пожарной команде, пока не достигнет угла решетки, где она измеряется. В реальном датчике пара встроенных транзисторов выполняет это измерение, преобразуя количество электронов в пикселе в напряжение. Затем он поступает к какой-то электронике за пределами датчика, которая включает аналого-цифровой преобразователь. Результатом является число для каждого пикселя, описывающее, сколько света было обнаружено. Поскольку все пиксели измеряются одной и той же электроникой, камеры CCD могут быть очень последовательными и точными.

Датчики

CCD построены с использованием технологии NMOS или PMOS, которая была популярна в 70-х годах, но редко используется сегодня. Большая часть современной электроники построена с использованием технологии комплементарного металлооксидного полупроводника (CMOS), которая представляет собой комбинацию NMOS и PMOS. Используя CMOS, намного проще встроить сложную электронику прямо в сам датчик. Это может привести к значительной экономии средств и места, особенно для миниатюрной камеры мобильного телефона.

В детекторе CMOS транзисторы есть в каждом пикселе.Они преобразуют сигнал в напряжение, которое через внутренние провода подключается к сложной бортовой электронике. Типичные датчики CMOS имеют один или два аналого-цифровых преобразователя для каждого столбца в датчике. Вместо пары транзисторов на плате могут быть миллионы.

ПЗС-сенсоры
имеют одно считывание в углу, КМОП-сенсоры
имеют считывание на каждом пикселе

За счет включения всей этой электроники в сенсор, сам чип значительно усложняется, но значительно упрощается камера.ПЗС-сенсоры имеют только одно, два или иногда четыре показания - потенциально по одному в каждом углу. КМОП-сенсоров уже тысячи. Это означает, что CMOS-камеры могут считывать невероятно быстро, даже в 100 раз быстрее, чем сопоставимые CCD-камеры. Для приложений с большой выдержкой это не так важно, но особенно важно для видеокамер.

Эти тысячи показаний КМОП-сенсора имеют огромное преимущество в скорости, но это высокая цена, которую придется заплатить с точки зрения свечения усилителя и структурного шума.Пользователи CCD заметили небольшое свечение в углах сенсора; Первые пользователи КМОП-сенсоров были ошеломлены проблемами свечения и длительной выдержки этих новых сенсоров.

В последние несколько лет лучшие КМОП-сенсоры наконец приближаются или даже превышают уровни производительности ПЗС, но не во всех аспектах. Давайте сравним ПЗС-матрицу с самыми производительными КМОП-датчиками, доступными сегодня:

Параметр ПЗС Scientific CMOS Победитель
Наличие Некоторые основные линейки датчиков CCD устарели.Очень дорогие специализированные датчики таких компаний, как Teledyne e2v, никуда не денутся. Компании делают крупные инвестиции, и технология быстро улучшается. Все время появляются новые датчики. CMOS - это будущее для большинства приложений. CCD будет по-прежнему обслуживать такие специализированные ниши, как научные приборы.
Стоимость - и сенсор, и сама камера. Большие ПЗС-сенсоры дороги, а электроника внешних аналоговых и цифровых камер сложна. Большие CMOS-датчики также дороги. Аналоговая электроника исключена, но цифровая электроника более сложна. Для простых фотоаппаратов CMOS намного дешевле. Для охлаждаемых камер с низким освещением разницы практически нет.
Чувствительность 60% - 95%, хотя датчики с высоким QE очень дороги 75% - 95% Bang for buck, CMOS
Скорость - считывание в мегапикселях в секунду (MPS) от 1 до 40 MPS от 100 до 400 MPS CMOS
Шум чтения - сколько шума в электронах создается в каждом пикселе при считывании датчика 5-10 электронов для стандартных ПЗС-матриц, 1 электрон для более сложных устройств электронного умножения (EMCCD) 1-3 электрона обычны для современных КМОП-сенсоров CMOS или EMCCD
Охлаждение Относительно легко достигается сильное охлаждение Датчики выделяют большое количество тепла и не могут работать при экстремально низких температурах CCD
Электронный затвор Только датчики межстрочного и рамочного переноса Роликовый затвор менее сложен, но пиксели экспонируются в разное время; глобальный затвор дороже Нет большого преимущества
Механический затвор Требуется для полнокадровых датчиков; очень полезно для калибровки изображения Очень полезен для калибровки изображения Нет большого преимущества
Размер пикселя от 3 до 25 мкм от 2 до 9 мкм Пиксели большего размера лучше подходят для телескопов с большим фокусным расстоянием. Большинство сенсоров CMOS имеют маленькие пиксели, но появляются и некоторые модели с более крупными пикселями.
Глубина лунки - сколько электронов может удерживать каждый пиксель - очень важно для фотометрии от 40 000 до 200 000 от 30 000 до 75 000. Может быть уменьшено путем наложения в стек при низком уровне шума чтения. CCD, но наложение может дать CMOS преимущество.
Биты аналого-цифрового преобразователя 16 бит Обычно 12; некоторые чипы теперь используют двойное усиление для создания 16-битных изображений, но с некоторыми подводными камнями CCD
Биннинг - объединение пикселей для согласования чувствительности или разрешения Легко достигается на аналоговом уровне с нулевым добавленным шумом, возможны чрезвычайно высокие уровни бинирования Встроенный аналоговый биннинг чрезвычайно ограничен; большинство доступных датчиков могут работать только 2 × 1 CCD
Amp Glow - бортовая электроника создает свет с помощью светодиода Легко устраняется отключением транзисторов считывания Это большая проблема с CMOS, поскольку на плате могут быть миллионы транзисторов. CCD, хотя CMOS значительно улучшилась
Инфракрасное изображение Датчики глубокого истощения могут достичь высокого QE на длине волны от 650 до 1000 нм. В настоящее время невозможно с CMOS CCD
Шум с фиксированной диаграммой направленности Случайные горячие колонны, легко устраняются Фиксированный шаблонный шум может быть серьезной проблемой, но технология быстро улучшается Нет большого преимущества с новыми датчиками
Калибровка - насколько «чистое» изображение можно создать Методы для ПЗС-матриц хорошо отработаны и эффективны Может быть более сложным, например. грамм. Режимы HDR, отсутствие переразвертки данных; техника все еще совершенствуется CCD

Как видите, ПЗС-матрицы по-прежнему обладают некоторыми значительными преимуществами для получения высокопроизводительных изображений при слабом освещении, хотя эти преимущества постепенно исчезают благодаря новой технологии КМОП.

Некоторым из наших клиентов необходимо обнаруживать очень слабые источники света, требующие либо часовой экспозиции, либо очень высоких коэффициентов биннинга для достижения достаточного отношения сигнал / шум.Для этих приложений датчики CCD имеют огромное преимущество перед новой технологией CMOS; у них гораздо меньше «свечения усилителя» и гораздо лучшие возможности аналогового биннинга. CMOS-сенсор просто не работает в этих приложениях.

Почему же тогда крупные компании переходят на CMOS сейчас? Реальность такова, что для большинства (ненаучных) приложений обработки изображений требуется видео или короткие выдержки; в таких ситуациях CMOS превосходит как по стоимости, так и по производительности. Это подорвало экономические возможности массового производства ПЗС-сенсоров.

В результате ON Semiconductor в 2019 году прекратила выпуск прежних устройств Kodak / Truesense. Но это не конец технологии CCD. Некоторые ПЗС-датчики SONY будут доступны до 2026 года. Для рынков высокотехнологичной астрономии и спектроскопии такие компании, как Teledyne e2v, будут продолжать производить очень дорогие ПЗС-датчики с экстремальными характеристиками еще долгие годы.

Серьезные астрономические приложения, такие как фотометрия и спектроскоп, или биолюминесценция и флуоресценция в биолюминесценции или биолюминесценции, в ближайшем будущем будут нуждаться в технологии ПЗС.Менее требовательные к визуализации или те, кому требуется более высокая скорость, все переключатся на CMOS-сенсоры. Мы прогнозируем, что в течение 5 лет современные технологии CMOS вытеснят еще больше приложений. Чтобы удовлетворить ваши потребности сегодня и завтра, линейка камер SBIG от Diffraction Limited теперь включает в себя как высокопроизводительные ПЗС-матрицы, так и современные КМОП-сенсоры.

Приложение: Технологии и рынок обработки изображений в целом быстро меняются. Я буду периодически обновлять эту статью с учетом последних тенденций.

CCD против CMOS: в чем разница?

CCD и CMOS - оба датчика изображения, используемые в цифровых камеры. Они отвечают за преобразование света в электронные сигналы. Но в чем разница между ними? Как они влияют как на качество изображений, так и на цены камеры? Вот краткое сравнение ПЗС и КМОП:

CCD

Первые цифровые камеры использовали CCD (Charged Coupling Devices) для превращать изображения из аналоговых световых сигналов в цифровые пиксели.Они сделаны через специальный производственный процесс, который позволяет преобразовать в занимают место в микросхеме без искажений. Это создает высокое качество датчики, обеспечивающие отличное изображение. Но поскольку они требуют специальное производство, они дороже, чем их новые CMOS встречные части.

КМОП
В чипах

CMOS (Complimentary Metal Oxide Semiconductor) используются транзисторы. на каждый пиксель для перемещения заряда по традиционным проводам. Это предлагает гибкость, потому что каждый пиксель обрабатывается индивидуально.Традиционный производственные процессы используются для изготовления CMOS. Это то же самое, что и создание микрочипов. Поскольку их легче производить, CMOS-датчики дешевле, чем ПЗС-сенсоры.

Поскольку технология CMOS пришла после датчиков CCD и дешевле производства, датчики CMOS - причина того, что цифровые камеры имеют упал в цене.

Разница

Самая большая разница в том, что ПЗС-сенсоры создают высококачественные изображения с низким уровнем шума (зернистость). КМОП-изображения имеют тенденцию быть более шумными.Датчики CCD более чувствительны к свету. CMOS-сенсорам нужно больше света для создания изображения с низким уровнем шума при правильной экспозиции. Это не значит, что CMOS-сенсоры полностью уступают CCD. CCD существует уже намного дольше в цифровых камерах, и технология более продвинута. КМОП-датчики догоняют и скоро будут соответствовать ПЗС-матрице с точки зрения разрешение и общее качество.

Успех CMOS - это лишь вопрос времени. Они могут быть производятся на любой стандартной производственной линии кремния и намного больше недорого по сравнению с ПЗС-датчиками.В конце концов экономика когда-нибудь сделайте CMOS для каждой камеры, когда окончательный прогресс в качестве сделали.

Фактически, сенсоры CMOS уже превосходят сенсоры CCD с точки зрения потребляемой мощности. CMOS позволяет увеличить время автономной работы. камера, что означает, что вы можете делать больше снимков.

На данный момент камеры CCD обеспечивают более высокое качество изображения при высоком резолюции. Технология CMOS догоняет. И с более длинной батареей срок службы и менее дорогие камеры, он обязательно должен соответствовать уровням ПЗС качество и однажды станет нормой для цифровых фотоаппаратов, пока что-то лучше развит.

Популярные камеры для высококачественных фотографий: CMOS

побеждает в битве за сенсор камеры, и вот почему

Сотовые телефоны и цифровые камеры, оснащенные камерами, предлагают множество опций для видеозахвата и встроенных дополнительных функций благодаря датчикам изображения, которые потребляют меньше энергии, но при этом обеспечивают высокую производительность и расширенные функции.

Сенсорная технология, называемая CMOS, все чаще используется в современных камерах, позволяя пользователям снимать видео 1080p и с легкостью применять сложные эффекты изображения.Традиционно считалось, что ПЗС-сенсоры позволяют получать более красивые изображения с меньшим визуальным шумом и искажениями, но они потребляют больше энергии и обеспечивают более низкую скорость передачи данных.

Переход на CMOS помогает объяснить, как камеры смогли развиться так резко в последние годы, привлекая все большее число потребителей, которым нужна высокая производительность в дороге.

Возвышение CMOS

Карманные камеры теперь предлагают диапазоны оптического увеличения, приближающиеся к невероятно звучащим 20X.Такие же небольшие камеры со сменными объективами без лишних хлопот обеспечивают работу как у цифровых зеркальных фотокамер. Если вы посмотрите на улицу, вы увидите, что больше людей делают фотографии с помощью телефонов. Устройства обработки изображений становятся меньше, мощнее и универсальнее - одновременно.

Спрятанные внутри всех этих камер КМОП-сенсоры (дополнительные металлооксидные полупроводники) используются в качестве строительных блоков для этой универсальности.

«Скорость сенсора сама по себе не может быть чем-то, в чем люди могут видеть большую ценность, но скорость сенсора вместе с мощностью процессора позволяет сенсору CMOS реализовать функции, которые вы, вероятно, не смогли бы сделать с CCD», - говорит Марк Вейр, старший менеджер по технологиям Sony Electronics.«Когда вы можете делать снимки с очень высокой скоростью, внезапно получение« снимка »на самом деле сводится к получению множества снимков. Возникает вопрос:« Теперь, когда я могу снимать много снимков каждый раз, когда я хочу сделать только одно » , как я могу улучшить то, что у меня есть? »

Недостатки ПЗС

Чак Вестфол

Тот факт, что КМОП-сенсоры способны сами выполнять некоторые из тяжелых задач - задачи обработки изображений, такие как преобразование аналогового изображения в ... цифровое преобразование и шумоподавление - дает сенсорной технологии преимущество перед сенсорами CCD (устройство с зарядовой связью), когда дело касается скорости.При использовании CCD ключевые процессы, такие как аналого-цифровое преобразование, происходят вне датчика.

«Невозможно получить данные с [ПЗС-сенсора] достаточно быстро, потому что количество каналов считывания ограничено, - объясняет Чак Вестфолл из Canon, технический советник подразделения профессионального проектирования и решений компании. «С датчиком CCD вы обычно ограничены двумя каналами считывания, а в случае CMOS, проектировщик в основном решает, сколько каналов он хочет разместить там.Например, у нас есть 16-канальное считывание на [CMOS Canon EOS] 1D X. У нас есть 8-канальное считывание на некоторых других наших камерах. И даже в компактных камерах они не указывают, но я почти уверен, что их больше двух ».

Сегодня, если ваша камера имеет очень быстрый режим непрерывной съемки, в ней есть датчик CMOS. Камера использует брекетинг экспозиции для съемки при слабом освещении, или, если она захватывает сверхзамедленное видео и компилирует снимки с высоким динамическим диапазоном, у вас есть камера с датчиком CMOS.

А в сфере обработки изображений недавнее широкое внедрение CMOS - это своего рода печальная победа.

Проворные - лучше

Не так давно эти гибкие датчики считались второстепенными компонентами после их аналогов на ПЗС-матрице. И CCD по-прежнему имеет преимущества, связанные с механикой затвора во время видеосъемки.

«Эффект скользящего затвора» - это частый удар по CMOS-сенсорам, и это вызывает беспокойство при съемке видео, попытке запечатлеть быстро движущийся объект или панорамировании камеры во время съемки.Пиксель за пикселем, сенсоры CMOS сканируют то, что находится перед объективом, почти как если бы они читали книгу; каждая строка пикселей захватывает то, что «видит», строка за строкой, в быстрой последовательности. Камера светового поля

Lytro, которая позволяет пользователям перефокусировать изображения после их съемки, использует модифицированный CMOS-датчик в своей модели первого поколения.

В результате каждый пиксель не захватывает одно и то же в одно и то же время, и иногда вы увидите странные артефакты на видео и изображениях, снятых с помощью датчика CMOS: наклонные вертикальные линии, искаженные движущиеся объекты и горизонтальные полосы света. .С другой стороны, датчики CCD захватывают весь кадр одновременно, используя так называемый глобальный затвор.

Хотя компании разработали КМОП-сенсоры с глобальным затвором, может пройти довольно много времени, прежде чем эта технология найдет применение в камерах потребительского уровня.

«Такая вещь есть, но в настоящее время она, как правило, находится в более экспериментальной стадии», - говорит Вестфолл. «Есть компания под названием Dalsa, которая производит CMOS-сенсор с глобальным затвором, но он не предназначен для обычных потребительских камер.Она предназначена только для промышленных камер и, как правило, намного дороже ».

ПЗС-матрица все еще имеет преимущества

В наши дни, однако, трудно найти камеру текущего поколения с датчиком ПЗС.

Когда вы все же находите такой, он обычно находится на очень высоком конце рынка премиум-класса наведения и съемки - например, Canon PowerShot G12, Nikon Coolpix P7100, Olympus XZ-1 и Panasonic Lumix LX5, - где потенциальный пользователь в первую очередь интересует качество неподвижных изображений.

Nikon Coolpix P7100

«[Coolpix] P7100 предназначен для того, чтобы дать пользователю более« профессиональный »опыт, поэтому потребность в сенсоре сверхвысокого разрешения [CMOS] не была столь выгодной в этом конкретном дизайне», - говорит Стив Хайнер, старший технический менеджер Nikon. «Другие аспекты производительности являются более важными, например, глобальный затвор датчика изображения для высококачественных видеофайлов 720p без эффекта роллинг-затвора».

Steve Heiner

«Чем быстрее возможности сканирования и считывания конкретного используемого CMOS-сенсора, тем меньше будет [будет] эффект скользящего затвора в фильмах», - говорит Хайнер.«До тех пор, пока сенсорные технологии не достигнут уровня, при котором сканирование будет таким же быстрым, как глобальный затвор, мы увидим эту небольшую разницу между двумя типами сенсоров, поскольку глобальный затвор трудно реализовать в современных конструкциях CMOS. Я скажу, что это аспект производительности камеры CMOS улучшается почти в каждом поколении новых продуктов ».

Следующая страница: Преимущества CMOS

Различия между датчиками ПЗС и КМОП

Несколько недель назад мы объявили, что работаем над новой охлаждаемой CMOS-камерой для астрофотографии.Пока мы продолжаем работать над датой выпуска, мы подумали, что сейчас хорошее время, чтобы взглянуть на некоторые различия между датчиками CCD и CMOS.

Мы начнем с более технического рассмотрения различий между двумя технологиями и того, как они создают изображение. У нас уже есть руководство по ПЗС-датчикам, в котором дается обзор того, как на самом деле работают датчики. Однако здесь я остановлюсь на нескольких моментах и ​​остановлюсь на них.

Датчики CCD

Область на датчике CCD (устройство с зарядовой связью) делится на пиксели с помощью серии ограничителей каналов и ворот.Во время экспонирования сенсора фотоны, попадающие на пиксель, преобразуются в электроны и сохраняются в виде пакетов заряда.

Для считывания показаний датчика после экспонирования мы «синхронизируем» ворота, которые формируют пиксели. Это перемещает зарядовые пакеты вниз по датчику изображения в регистр горизонтального считывания. Попав в этот регистр, мы можем использовать аналогичный метод синхронизации для перемещения пакетов зарядов один за другим к усилителю, который преобразует количество электронов в напряжение.

Считывание ПЗС-матрицы

Поскольку это цифровое преобразование происходит вне датчика, можно использовать высококачественный 16-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).Каждый пиксель также преобразуется с использованием того же усилителя, который обеспечивает отличную воспроизводимость пикселей в пиксели, в результате чего получаются датчики с превосходной линейностью.

ПЗС-датчики

часто называют «глупыми» датчиками и требуют большого количества внешних схем. Однако это также означает, что другие схемы на ПЗС-матрице добавляют к изображению очень слабый сигнал. Это дает нам, как дизайнерам камер, большую управляемость, оптимизируя наши камеры для работы с изображениями при слабом освещении.

Такая структура считывания также позволяет нам динамически изменять размер пикселя с помощью биннинга, добавляя гибкости астрофотографическим камерам.

Однако все эти синхронизирующие сигналы замедляют считывание показаний датчиков. Традиционно это не проблема в астрономии, где качество важнее скорости.

ПЗС-датчики

также относительно дороги, особенно если вы начинаете смотреть на большие датчики, такие как датчик в Atik 16200.

КМОП-сенсоры

КМОП-сенсоры

(или дополнительные металл-оксид-полупроводник) часто называют «системами на кристалле». Существует несколько различных типов CMOS-сенсоров, но пока мы сосредоточимся на типе сенсора Panasonic, который мы используем в нашей новой CMOS-камере.

Каждый пиксель представляет собой дискретный элемент, подключенный к собственной схеме считывания. Это означает, что настоящего внутрикристального биннинга нет, хотя его можно до некоторой степени эмулировать в программном обеспечении. Обычно каждый столбец имеет свой АЦП. Как правило, это 12-разрядные АЦП более низкого качества по сравнению с высококачественными внешними 16-разрядными АЦП, которые мы можем использовать с ПЗС-матрицами.

Однако, поскольку каждый пиксель может считываться индивидуально и одновременно, и используется большое количество АЦП, это значительно увеличивает скорость считывания датчика.Это также означает, что АЦП и датчик изображения находятся на одном кремниевом кристалле, что обеспечивает очень низкий уровень шума при чтении. Однако важно отметить, что шум считывания на КМОП-датчике связан с полной глубиной скважины, и использование датчика с минимальными настройками шума считывания обычно происходит за счет глубины скважины. На полной глубине скважины, которую мы обычно используем для получения изображений глубокого космоса, на самом деле нет большой разницы между CMOS-сенсорами и сенсорами Sony CCD, такими как в нашей 4-й серии.

Эти корзины - пиксели

Классическая аналогия для полной глубины лунки - думать о каждом пикселе как о ведре.Чем глубже ваше ведро, тем больше фотонов вы сможете собрать в нем, прежде чем оно переполнится.

Усилитель Glow

Наличие большего количества схем на одном кристалле также вызывает свечение «ампер», которым КМОП-сенсоры известны в астрономии. Есть способы контролировать и минимизировать влияние этого как на датчик, так и посредством калибровки изображения. Мы более подробно рассмотрим свечение усилителя в будущем. Еще один недостаток заключается в том, что использование разных схем для каждого пикселя может привести к незначительным отклонениям в линейности и чувствительности между пикселями.

Размер пикселя в КМОП-сенсорах, как правило, относительно невелик из-за их применения на массовом рынке. Например, размер пикселей в сенсоре Panasonic, который мы используем, составляет 3,8 мкм. Благодаря этому камера отлично подходит для телескопов с коротким фокусным расстоянием, которые также обеспечивают отличное поле зрения. Это не эксклюзивно для CMOS, ведь такие камеры, как Atik 490EX, имеют аналогичные размеры пикселей. Однако это делает камеру менее гибкой при различных настройках, особенно потому, что пиксели не могут быть объединены.

КМОП-сенсоры

являются предпочтительной технологией в широком спектре потребительских товаров, таких как цифровые зеркальные фотоаппараты и мобильные телефоны. Это означает, что мы получаем выгоду от экономии на масштабе, создаваемой потребительскими рынками, и, следовательно, КМОП-сенсоры, как правило, намного дешевле, чем их аналоги на ПЗС-матрице.

Плюсы и минусы - резюме

CCD

+ Плюсы - Минусы
  • Очень слабый сигнал, добавляемый другими схемами на ПЗС
  • Биннинг для изменения размера пикселя
  • Воспроизводимость от пикселя к пикселю

КМОП

+ Плюсы - Минусы
  • 12-битный АЦП может ограничивать качество изображения
  • Низкий шум чтения при высоких настройках усиления
  • Различия в линейности и чувствительности между пикселями

Это всего лишь вводный обзор основных различий между двумя сенсорными технологиями, а также плюсов и минусов, которые это дает. В целом, КМОП-сенсоры предлагают отличную альтернативу ПЗС-матрицам при использовании с телескопами с коротким фокусным расстоянием. Но реальная выгода для астрофотографов, которым нужны большие многомегапиксельные сенсоры по разумным ценам. По мере продвижения вперед мы будем публиковать больше информации о том, как использование CMOS-сенсора влияет на астрофотографию в более практическом плане.

Вернуться к новостям

CCD в сравнении с CMOS | Gatan, Inc.

Датчики считывания биннинга Anti-blooming

Биннинг: соотношение сигнал / шум, динамический диапазон и преимущества скорости

В случае ПЗС-датчиков группирование может значительно улучшить отношение выходного сигнала к шуму (SNR), когда вы объединяете сигнал в соседних пикселях, а затем применяете одно считывание (шум) к суммированному сигналу.На диаграмме ниже показано, как это суммирование применяется к ячейке x2, но подобное масштабирование может происходить для любого режима разделения. Как правило, группирование выполняется в виде квадратов (например, 2 x 2, 4 x 4, 8 x 8…), но могут быть приложения, в которых выгодно выполнять группирование только в одном направлении.

В случае КМОП-устройств преобразование заряда в напряжение выполняется в каждом пикселе, поэтому шум считывания применяется к каждому пикселю: вместо N-кратного преимущества он становится только N 1/2 (см. Иллюстрацию ниже).

Биннинг снижает разрешение (потерю пикселей), однако скорость не масштабируется пропорционально ПЗС, так как вам нужно адресовать каждый пиксель индивидуально. В зависимости от конкретной конструкции КМОП можно выполнять локализованное накопление заряда на соседних пикселях, если правильная архитектура транзистора реализована и выбрана в конструкции датчика.

Датчики: полнокадровый и построчный (CCD)

Полный кадр: 100% покрытие пикселей, улавливает весь падающий свет (например,г. , сигнал)

В случае полнокадровых ПЗС-сенсоров вся область сенсора отведена под светочувствительные рецепторы. Электронный луч должен быть погашен во время считывания, плюс вы должны отметить, что очень длинная выдержка может привести к размытию изображений.

  • Плюсы
    • Наилучшая / максимальная информация для наиболее чувствительных приложений и отношение сигнал / шум
    • Коэффициент заполнения
    • Может содержать большие пиксели и максимальную полную емкость
  • Минусы
    • Скорость затвора микроскопа может ограничивать более высокую частоту кадров из-за меньшего рабочего цикла при максимальной частоте кадров в секунду (кадров в секунду)
    • Медленные затворы могут размывать изображения

Interline: 100% по времени с замаскированной областью, используемой для считывания заряда без механической заслонки

После переноса заряда для каждого пикселя в замаскированную область (не светочувствительную) заряд для каждого пикселя считывается, пока вы снимаете изображение следующего кадра.Имейте в виду, что максимальная частота кадров - это время, необходимое для полного считывания показаний датчика, но существует 100% рабочий цикл, поскольку вы всегда собираете информацию.

  • Плюсы: Высокая частота кадров в секунду, так как считывание можно производить без использования опалубки микроскопа; всегда собирает сигнал
  • Минусы: Некоторая потеря зоны обнаружения сигнала из-за считываемых столбцов; вы можете уменьшить с помощью функции рассеяния точки (PSF) сигнала по полному размеру пикселя

Заключение: Не существует предпочтения единого датчика для всех приложений.Выбор лучшего датчика будет зависеть от того, какое приложение нацелено с точки зрения скорости, коэффициента заполнения, требований к шуму, условий луча и т. Д.

Антибликовое покрытие

Расцветка (вертикальные полосы) вызывается перетеканием избыточного заряда в регистр вертикального переноса из данного пикселя.

  • КМОП-сенсоры по своей природе более устойчивы к расплыванию, потому что заряд преобразуется в напряжение в каждом пикселе перед считыванием; нет регистра переноса заряда, который можно было бы передать на
  • Многие камеры CCD имеют конструктивные особенности, предотвращающие засветку, позволяющие рассеивать заряд, не затрагивая соседние пиксели; особенно важно для дифракционных приложений

Каковы преимущества камер машинного зрения на основе CMOS по сравнению с CCD?

Промышленные камеры машинного зрения исторически использовали датчики изображения CCD, но на рынке промышленной обработки изображений происходит переход к CMOS-датчикам изображения.Почему это так? .. Компания Sony, являющаяся основным поставщиком датчиков изображения, объявила в 2015 году, что прекратит производство датчиков изображения CCD, и ее последняя покупка уже прошла. Рынок сначала нервничал, пока мы не познакомились с новыми конструкциями датчика изображения CMOS. Новейшие датчики Sony Pregius Image обеспечивают повышенную производительность при более низкой стоимости, что делает необходимым вносить изменения в системы, использующие старые датчики изображения CCD.

Список всех сенсоров Sony Pregius Image с инструментами выбора фильтров

В чем разница между датчиками изображения CCD и CMOS в камерах машинного зрения?

Оба создают изображение, принимая световую энергию (фотоны) и преобразуя ее в электрический заряд, но процесс выполняется по-разному.

В датчиках изображения CCD каждый пиксель собирает свет, но затем перемещается по цепи посредством тока через регистры вертикального и горизонтального сдвига. Затем уровень освещенности измеряется схемой считывания. По сути, это бригада ведра для перемещения пиксельной информации, что требует времени и энергии.

В датчиках CMOS каждый пиксель имеет схему считывания, расположенную на светочувствительном участке. Аналогово-цифровая схема очень быстро производит выборку информации и устраняет такие артефакты, как размытие и размытие.Архитектура пикселей также радикально изменилась, перемещая светочувствительную электронику, чтобы она более эффективно собирала свет.

Предоставлено Automated Imaging Association

6 преимуществ CMOS-датчиков изображения по сравнению с CCD

Есть много преимуществ КМОП по сравнению с ПЗС, которые описаны ниже:
1 - Более высокая чувствительность благодаря новейшей пиксельной архитектуре, которая полезна в приложениях с низким освещением.
2 - Более низкий уровень темнового шума способствует более точному изображению.
3 - Глубина пиксельной лунки (емкость насыщения) улучшена, обеспечивая более высокий динамический диапазон.
4 - Низкое энергопотребление. Это становится важным, поскольку меньшее тепловыделение означает более холодную камеру и меньший уровень шума.
5 - Более низкая стоимость! - 5-мегапиксельные камеры раньше стоили ~ 2500 долларов и обеспечивали только 15 кадров в секунду, а теперь стоят ~ 450 долларов с увеличенной частотой кадров.
6 - Меньшие пиксели уменьшают формат сенсора , уменьшая стоимость объектива.

Какие датчики изображения CMOS переходят от существующих датчиков изображения CCD?

1stVision может помочь в переходе, начиная с перехода от ПЗС-матриц к КМОП, используя следующую таблицу перекрестных ссылок.После идентификации используйте переключатель камеры и выберите датчик в раскрывающемся меню .

Таблица перекрестных ссылок Sony CCD на CMOS

Инженеры по продажам компании 1st Vision обладают более чем 100-летним совместным опытом, который поможет вам в выборе камеры. Благодаря большому ассортименту линз, кабелей, сетевых карт и промышленных компьютеров мы можем предоставить решение для полного зрения!

Тел .: 978-474-0044 / [email protected] com / www.1stvision.com

Связанные блоги и технические ресурсы

(Посещено 2346 раз, 1 посещено сегодня)

CMOS vs.CCD: технологии созревания, рынки созревания | Особенности | Август 2005 г.

Факторы, определяющие, какой тип тепловизора обеспечивает лучшую экономическую эффективность, становятся все более точными.

Дэйв Литвиллер, Dalsa


ПЗС и КМОП сенсоры изображения были изобретены в конце 1960-х - начале 1970-х годов. В то время производительность CMOS была ограничена доступной технологией литографии, что позволило CCD доминировать в течение следующих 25 лет.


Производство и конструкция датчиков изображения CCD и CMOS значительно изменились с момента их изобретения.

Первоначальный аргумент десять лет назад в пользу обновления датчиков изображения CMOS в качестве конкурента технологии CCD, как правило, основывался на нескольких идеях:

1. Литография и управление технологическим процессом при производстве CMOS достигли уровня, который вскоре обеспечит качество изображения датчика CMOS. чтобы конкурировать с матрицей CCD.

2. Интеграция сопутствующих функций на том же кристалле, что и датчик изображения, что позволяет создавать возможности «камера на кристалле» или «система на кристалле».

3. Пониженное энергопотребление.

4. Уменьшенный размер системы визуализации в результате интеграции и снижения энергопотребления.

5. Возможность использовать те же производственные линии КМОП, что и при производстве основных логических устройств и запоминающих устройств, что обеспечивает экономию масштаба при производстве КМОП-формирователей изображений.


ПЗС- и КМОП-формирователи изображения будут постоянно расти на таких рынках, как сотовые телефоны, автомобильная безопасность, системы аутентификации и безопасности.

Другие общепринятые аргументы в пользу CMOS включали работу с одним источником питания и возможность выполнять считывание области интереса или оконное считывание с помощью формирователей изображения.

Многое изменилось с технологиями CMOS и CCD. Некоторые прогнозы подтвердились. Другие изменились с развитием технологического ландшафта. Сегодня существует динамично развивающаяся промышленность для обоих типов датчиков изображения. Структурные изменения в технологии и бизнес-среде означают, что теперь существует новая структура для рассмотрения относительных преимуществ и возможностей технологий CMOS и CCD-датчиков изображения.

Прямой путь для ПЗС-матриц

Технология ПЗС претерпела постепенный прогресс в разработке устройств, материалах и технологиях изготовления.Датчики изображения CCD постоянно увеличивают квантовую эффективность, уменьшаются темновой ток и размер пикселя, уменьшаются рабочие напряжения (рассеиваемая мощность) и улучшается обработка сигналов. А сопутствующие им схемы стали более интегрированными, что упростило использование ПЗС-матриц и позволило быстрее выйти на рынок. ПЗС-матрицы теперь обеспечивают лучшую производительность при меньшем энергопотреблении и уменьшают размер систем камер.

Сегодня ПЗС-матрицы играют заметную роль в массовых применениях, таких как сотовые телефоны, видеокамеры и бытовые цифровые камеры, а также в высокопроизводительных приложениях, таких как профессиональная фотография и промышленное, научное, медицинское и военное / аэрокосмическое развертывание.

Извилистая дорога для CMOS

По сравнению с CCD, недавний прогресс технологии формирования изображения CMOS был более быстрым, но еще более бурным. Возможно, путь к повышению производительности CMOS-датчиков изображения начался с улучшения коэффициента заполнения.

Стремление к производительности и гибкости в архитектуре пикселей в формирователях изображений конкурирует с объемом пространства в каждом светочувствительном пикселе, поскольку формирователям изображения CMOS обычно требуется несколько оптически нечувствительных транзисторов в каждом пикселе.


ПЗС перемещают фотогенерированный заряд от пикселя к пикселю и преобразуют его в напряжение на выходном узле. КМОП-формирователи изображения преобразуют заряд в напряжение внутри каждого пикселя.

Десять лет назад стремление к увеличению коэффициента заполнения и связанная с этим способность создавать пиксели меньшего размера улучшили минимальный размер элемента 0,5 мкм и больше. КМОП-формирователи изображения перешли от технологии производства 0,35 и 0,25 мкм до 0,18 мкм в самых передовых устройствах и, во все большем числе случаев, даже в меньших размерах.Развитие технологии литографии для улучшения коэффициента заполнения и оптической чувствительности увеличило возможность цифровой интеграции в микросхему, поскольку меньшие транзисторы уменьшают как рассеиваемую мощность, так и размер кристалла, необходимые для функций интегральной схемы.

Однако зависимость КМОП-технологии от развития литографии имела свою цену. Постепенно более плотная литография увеличивала затраты на разработку - в значительной степени из-за роста стоимости сетки нитей на каждом технологическом узле изготовления.И хотя меньшие размеры транзисторов облегчают цифровую интеграцию, интеграция часто увеличивает сложность конструкции быстрее, чем ее продуктивность.

Сложность конструкции, опережающая производительность проектирования, для передовой интеграции в очень большом масштабе возлагала растущее бремя затрат на все более глубокие конструкции субмикронных КМОП-сенсоров изображения, особенно с растущей цифровой интеграцией на кристалле.

Существенная встроенная цифровая интеграция также может вызвать проблемы с шумоподавлением, поскольку переходные процессы переключения вносят шум в тракты аналогового сигнала и даже в некоторые цифровые.Шумовая связь цифровой интеграции может противоречить стремлению к качеству изображения. Сложность конструкции, продолжительность цикла проектирования и шум часто означают, что цифровая интеграция, как правило, не позволяет в полной мере использовать литографическую траекторию датчиков изображения CMOS.

Более важной и неизбежной проблемой при проектировании глубоко субмикронных датчиков изображения в КМОП-датчиках является аналоговая часть интегральной схемы. По мере того, как технология производства микроэлектроники становится все более плотной, как правило, страдают характеристики аналоговых схем.Для технологий 0,25 мкм и меньше напряжение питания падает с уровней 5 В, что накладывает ограничения на динамический диапазон на уровнях сигнала, характерных для большинства датчиков изображения. Ниже 0,35 мкм линейность характеристик транзистора также имеет тенденцию к снижению.

Снижение линейности и динамического диапазона в совокупности снижает точность аналоговой схемы. Другие проблемы с аналоговыми характеристиками, такие как ток утечки и проблемы согласования дополнительных цепей, могут возникать при все более плотных технологиях изготовления.

Борьба со снижением аналоговых характеристик в глубоких субмикронных КМОП потребовала значительных изменений в конструкции датчиков и схем. Технология перешла на аналоговую конструкцию с цифровой поддержкой, которая перераспределяет функции аналоговых и смешанных сигнальных цепей, так что точность и некоторые требования к скорости традиционных аналоговых элементов схемы переносятся на блоки цифровых схем.

Типичным примером является переключение ресурсоемких операций в цифровую область, позволяя связанным аналоговым функциям работать с меньшей полосой пропускания и меньшими уровнями шума.Точность переключения и определенные требования к скорости к элементам цифровых схем могут поддерживать или улучшать важные аспекты общих характеристик датчика изображения CMOS.

Однако, поскольку было мало прецедентов такого высокопроизводительного проектирования схем с цифровой поддержкой из других приложений, потребовалось несколько лет, чтобы разработать аналоговые архитектуры с цифровой поддержкой, которые полностью охватили бы все конкурирующие силы между дизайном, электро- и электроникой. оптические характеристики и изготовление датчиков изображения CMOS.

Процесс изготовления является определяющим аспектом характеристик датчика CMOS и претерпел значительные изменения. От первоначального представления о повторном использовании или легкой адаптации стандартной логики или процессов памяти был итеративный путь к оптимизированным процессам сенсора изображения CMOS. Эти технологические процессы часто становятся сложными с точки зрения количества слоев маски и этапов процесса для удовлетворения всех конкурирующих требований.

Уход КМОП-датчиков изображения от стандартной памяти или процессов изготовления логики начался с изменений в силицидах и диэлектриках для улучшения оптической совместимости.Дальнейшие изменения были внесены в:

• Уменьшить высоту оптического стека и улучшить его структуру, тем самым повысив квантовую эффективность, качество внеосевого изображения и точность цветопередачи.

• Внедрить имплантаты пикселей и области глубокого истощения для управления работой фотодиода и интерфейса Si-SiO 2 , влияя на ток утечки (темновой) и задержку изображения.

• Одновременное управление свойствами аналоговых и цифровых транзисторов, а также межсоединениями.

Одновременная оптимизация электрооптических, аналоговых и цифровых характеристик до уровней, необходимых для использования датчика изображения большого объема, была дорогостоящим предложением.Продвижение литографии к элементам меньшего размера еще больше усложнило дело, потому что некоторые аспекты масштабирования для электрооптических и аналоговых характеристик не подходят для параметрического моделирования или симуляции. Оптимизация процесса на каждом узле литографии обычно требует экспериментов и настроек с реальными сетками и кремнием, а не только в среде моделирования.

Значительные затраты на оптимизацию процесса изготовления КМОП-сенсоров изображения сместили преимущество производителям, имеющим собственные литейные производства.Некоторые «безумные» игроки добивались успеха, но гораздо больше историй успеха основывались на сказках. Компаниям, у которых есть фабрики, было проще настроить процесс изготовления, потому что они смогли удержать внимание инженеров-технологов литейного производства.

В разработке и производстве CMOS-датчиков изображения по-прежнему будут оставаться жизнеспособные роли для бизнес-моделей как на основе фабрики, так и без нее. Однако первоначальная идея простой миграции производства с одной фабрики CMOS на другую уступила место гораздо более сплоченным и адаптированным отношениям с конкретным литейным производством, аналогичным тем, которые наблюдаются в индустрии CCD.

Технология CCD и CMOS

Чтобы достичь уровня производительности, необходимого для множества приложений большого объема, технология проектирования и изготовления пикселей датчика изображения CMOS теперь больше напоминает технологию CCD, чем многие предсказывали. Интеграция и рассеивание мощности являются решающими преимуществами КМОП-технологии, тогда как ПЗС-матрицы обладают большей способностью к рентабельной адаптации и производительности.

Вопреки первоначальному прогнозу, стоимость обработанных полупроводниковых пластин оказалась меньшим автоматическим преимуществом для CMOS.Однако размер пластины, экономия на масштабе и модели затрат для литейного производства могут быть более важными факторами, благоприятствующими одной технологии по сравнению с другой. Независимо от размера пластины, необходимость перехода к более глубокой субмикронной технологии для CMOS, по фактору заполнения и по другим причинам, обеспечила контроль процесса и чистоту во время производства (по сравнению с менее продвинутыми процессами производства), что может повысить выход продукции, особенно для больших кристаллов. датчики площади.

Технология CCD не так зависит от литографии по своим характеристикам, как технология CMOS.Это утверждение в большей степени относится к формирователям изображений с линейной разверткой, временной задержкой и интеграцией и полнокадровым отображением, хотя по-прежнему применимо для многих архитектур датчиков изображения с электронной опалубкой. В целом, достижение дифференциации производительности для конкретных приложений обходится дешевле с использованием технологии CCD, чем CMOS, как в конструкции датчика, так и в процессе изготовления.

CMOS оправдал обещание интеграции, низкого рассеяния мощности и возможности подачи одного напряжения, а интенсивная итеративная разработка процессов и проектирование устройств привели к высокому качеству изображения.КМОП-технология, отчасти из-за перехода к цифровому перераспределению функций традиционных аналоговых схем, имеет преимущества в высокоскоростной визуализации из-за относительной простоты структур параллельного считывания в реализациях датчиков. Кроме того, гибкость технологии реализации электронных опалубок выровняла правила игры с ПЗС-матрицами с построчной передачей.

Производственные затраты на единицу обработанного кремния не сильно отдают предпочтение одной технологии по сравнению с другой (как первоначально предполагалось).Обширный технологический процесс и количество этапов изготовления, позволяющих довести качество изображения CMOS до уровней, сопоставимых с CCD, потребовали гораздо более дорогостоящей обработки пластины, чем предполагалось изначально. Стоимость часто в большей степени зависит от экономики бизнеса и конкурентных мотивов конкретного литейного производства, чем от выбора самой технологии.

Имеются тенденции к резкой разнице в размерах пластин, используемых для изготовления датчиков изображения CMOS и CCD, и размер зависит от того, является ли производитель фабричным или нет, и адаптирует ли он устаревшую логику или оборудование для производства памяти.Чаще существуют сторонние литейные предприятия для производства КМОП-датчиков изображения на 200-миллиметровых пластинах, тогда как литейное производство ПЗС-матриц часто осуществляется на линиях производства 150-миллиметровых пластин. Производство КМОП- и ПЗС-изображений в автоматическом режиме осуществляется на линиях 150, 200 и 300 мм.

Пластина большего размера снижает трудозатраты на единицу площади обрабатываемого кремния. Таким образом, наличие пластин большего размера для ПЗС или КМОП может стать сильным фактором в общей экономике производства. Стоимость изготовления того или другого также зависит от типа доступной обработки полупроводниковых пластин и от того, покроют ли последующие объемы производства датчиков первоначальные затраты на разработку.

Путь впереди

За последние несколько лет развитие технологии формирования изображения CMOS и CCD в значительной степени было обусловлено перспективой выпуска сотен миллионов единиц сотовых телефонов, а также ростом числа потребительских цифровых камер. С учетом того, что и CMOS, и CCD-устройства обработки изображений используются в значительной части сотовых телефонов, а рынок цифровой фотографии становится зрелым, возникает вопрос: какими будут следующие крупные рынки и как они повлияют на технологию создания изображений?


КМОП-формирователи изображения могут быть изготовлены с большей функциональностью «камеры» на кристалле.Это дает преимущества в размере и удобстве.

Неясно, будет ли еще одно приложение, сопоставимое с сотовыми телефонами по единичному объему, но рост и развитие технологий датчиков изображения будут продолжаться. Некоторые из самых больших формующих волн включают автомобилестроение и безопасность. Использование тепловизоров в автомобилях растет, особенно в системах безопасности. Датчики со встроенным интеллектом также вызывают все больший интерес с точки зрения безопасности, наблюдения, аутентификации и контроля доступа.Эти рынки, вероятно, будут стимулировать дальнейший прогресс в интеграции датчиков и повышении прочности, при этом важную роль также будут играть усовершенствования в упаковочных технологиях.

За последние 10 лет на рынке датчиков изображения произошла значительная встряска - в большей степени CMOS, чем технология CCD. Сегодня существует более стабильная среда, которая выгодна клиентам, сотрудникам и инвесторам. Foment уступил место большей стабильности. Более того, при сегодняшнем уровне производительности технологий КМОП и ПЗС - и связанных с ними навыков в тестировании, сборке и упаковке датчиков - новые рынки для обеих технологий датчиков изображения, вероятно, будут в значительной степени опираться на возможности существующих производителей, а не более прорывные технологии или переходы между приложениями, которые создают периоды турбулентности и появления новых игроков.

Ccd cmos: Sorry, this page can’t be found.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Пролистать наверх