“圖像不清，看不清楚畫面，有噪點(diǎn)，畫面不高清，失真，設(shè)備耗電量太大了”，這些問題都出在監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器上。本期安防技術(shù)半月談，我們就詳解下圖像傳感技術(shù)。
目前，監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變。
我們都知道，視頻監(jiān)控系統(tǒng)中很重要的步奏就是前端采集，監(jiān)控?cái)z像機(jī)作為數(shù)據(jù)采集的重要設(shè)備，在整個(gè)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中起著重要的作用。圖像傳感器就是決定監(jiān)控?cái)z像機(jī)采集質(zhì)量好壞的重要因素。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分就是圖像傳感技術(shù)，目前，監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器正逐漸從傳統(tǒng)的CCD向CMOS轉(zhuǎn)變。這兩種傳感器各有長短，但一直以來，CMOS傳感器的缺點(diǎn)漸漸減少。CMOS圖像傳感器低成本、高集成度為其主要特點(diǎn)，圖像質(zhì)量已不輸于CCD。與基于CCD的探頭相比，CMOS探頭的集成度更高，因?yàn)镃MOS傳感器集成了許多外圍處理功能，所需器件比CCD探頭少，且CMOS探頭的功耗要低得多。從整個(gè)系統(tǒng)來看，CMOS傳感器可將成本大大降低。
CMOS傳感器與CCD傳感器的比較
CCD（ChargeCoupledDevice），即“電荷耦合器件”，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個(gè)鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個(gè)“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，
一個(gè)信號處理器以及一個(gè)存儲設(shè)備（比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡）。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。1970美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了CCD。二十年后，人們利用這一技術(shù)制造了數(shù)碼相機(jī)，將影像處理行業(yè)推進(jìn)到一個(gè)全新領(lǐng)域。
CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的感光傳感器，其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢寐以求的。
從技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS有如下四個(gè)方面的不同：
1.信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。
2.速度：CCD電荷耦合器需在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的同時(shí)就可以取出電信號，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。
3.電源及耗電量：CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。
4.成像質(zhì)量：CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時(shí)間無法進(jìn)入實(shí)用。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。
CMOS傳感器與CCD傳感器商業(yè)應(yīng)用
目前，CCD技術(shù)主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機(jī)均采用CCD作為光敏傳感器件，像素?cái)?shù)一般為三百萬左右。其制造工藝復(fù)雜，功耗大，成本較高。未來，采用CCD傳感器的數(shù)碼相機(jī)將繼續(xù)朝著提高像素?cái)?shù)，增加拍攝功能，提高照片質(zhì)量的方向發(fā)展，力爭在各項(xiàng)指標(biāo)上早日達(dá)到傳統(tǒng)相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。
采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機(jī)一般低于130萬像素，主要面向以家庭、個(gè)人用戶為主的低端市場。其時(shí)尚化、多功能、價(jià)格低的優(yōu)勢受到了普通消費(fèi)者的歡迎。國內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)廠商對CMOS數(shù)碼相機(jī)傾注了極高的熱情，包括海鷗、先科、喜馬拉雅等先后推出了相應(yīng)產(chǎn)品。CMOS可塑性較高，未來除了數(shù)碼相機(jī)之外，將在傳真機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、安全偵測系統(tǒng)等方面得到廣泛應(yīng)用。目前市場上CMOS產(chǎn)品不多，但在美國，包括Intel、ATI在內(nèi)的多家公司都在積極研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。今年7月，歐洲的獨(dú)立半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)IMEC公布了兩個(gè)有關(guān)CMOS的研發(fā)項(xiàng)目，其中探索CMOS技術(shù)極限的“AdvancedDeviceImplementationProgram”，其目標(biāo)是確立國際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm～30nm的技術(shù)。