相机模型--CMOS和CCD的区别

1--CMOS和CCD的工作原理

CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件):

  1. 图像通过光电效应在感光单元中转化为电荷;

  2. 每个像素上的电荷被依次"耦合"并传输到芯片的角落,通过一个或几个模拟输出放大器输出;

  3. 所有像素电荷需依次转移,读取时间较长,但信号一致性高。

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补金属氧化物半导体):

  1. 每个像素上集成了放大器,甚至可包括ADC(模数转换器);

  2. 电荷在像素内被直接转换为电压,随机访问任意像素;

  3. 每个像素独立处理和读取,速度快、功耗低。

2--CMOS和CCD的感光流程

CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件):

  1. 光子入射在像素上产生电子;

  2. 电荷在潜在阱中累积;

  3. 所有像素电荷按列顺序传输;

  4. 在输出端由一个或几个放大器统一处理。

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补金属氧化物半导体):

  1. 光子照射像素产生电子;

  2. 电荷直接在像素内转换为电压信号;

  3. 通过像素级或行级电路输出电压;

  4. 可以并行读取,提高读取速度。

3--CMOS和CCD的噪声分析

CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件):

优势:由于集中输出、工艺成熟,具有较低的固定图案噪声(FPN),图像质量均匀性好;

缺点:长时间曝光或高温下会出现暗电流噪声(热噪声),传输过程存在电荷损失。

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补金属氧化物半导体):

优势:读取速度快,可动态调整曝光时间,实时处理方便;

缺点:每个像素都有放大器,存在固定图案噪声和偏移误差,图像一致性相对较差;

新一代CMOS在噪声控制方面已大幅改进,如BSI、降噪算法等。

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