CCD的第二層是分色濾色片,目前有兩種分色方式,一是RGB原色分色法,另一個(gè)則是CMYG補(bǔ)色分色法,這兩種方法各有利弊。不過(guò)以產(chǎn)量來(lái)看,原色和補(bǔ)色CCD的比例大約在2:1左右。原色CCD的優(yōu)勢(shì)在于畫(huà)質(zhì)銳利,色彩真實(shí),但缺點(diǎn)則是噪聲問(wèn)題。因此一般采用原色CCD的DC,在ISO感光度上多半不會(huì)超過(guò)400。相對(duì)的補(bǔ)色CCD多了一個(gè)Y黃色濾色器,在色彩的分辨上比較仔細(xì),但卻犧牲了部分分辨率,而在ISO值上,補(bǔ)色CCD可以容忍較高的感度,一般都可設(shè)定在800以上。(關(guān)于這兩種分色方式見(jiàn)下圖)
CCD的第三層是感光匯流片,這層主要是負(fù)責(zé)將穿透濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào),并將信號(hào)傳送到影像處理芯片,將影像還原。
最后說(shuō)一下CMOS:
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體,其在微處理器、閃存和特定用途集成電路(ASIC)的半導(dǎo)體技術(shù)上占有絕對(duì)重要的地位。CMOS和CCD一樣都是可用來(lái)感受光線(xiàn)變化的半導(dǎo)體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所作成的半導(dǎo)體,通過(guò)CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的功能的。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。
因?yàn)?span>CMOS結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同,從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上講,CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào),而CCD是以行為單位的電流信號(hào),前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現(xiàn)在高級(jí)的CMOS并不比一般CCD差,但目前CMOS技術(shù)發(fā)展還不成熟,這種高質(zhì)量的CMOS還只應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)級(jí)別的數(shù)碼相機(jī)上,許多低檔入門(mén)型的數(shù)碼相機(jī)使用的是廉價(jià)低檔的CMOS,其成像質(zhì)量比較差。最大的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)噪點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘?span>設(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí),由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。所以目前如果購(gòu)買(mǎi)消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)還是要選擇以CCD為影像傳感器的。不過(guò)高端的單反相機(jī)還是以CMOS居多。
兩者優(yōu)缺點(diǎn)的比較
CCD CMOS
設(shè)計(jì) 單一感光器 感光器連接放大器
靈敏度 同樣面積下高 感光開(kāi)口小,靈敏度低
成本線(xiàn)路 品質(zhì)影響程度高, 成本高 CMOS整合集成,成本低
解析度 連接復(fù)雜度低,解析度高 低,新技術(shù)高
噪點(diǎn)比 單一放大,噪點(diǎn)低 百萬(wàn)放大,噪點(diǎn)高
功耗比 需外加電壓,功耗高 直接放大,功耗低
由于構(gòu)造上的基本差異,我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真(專(zhuān)屬通道設(shè)計(jì)),透過(guò)每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理,可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡(jiǎn)單,沒(méi)有專(zhuān)屬通道的設(shè)計(jì),因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。
整體來(lái)說(shuō),CCD與CMOS 兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用,反應(yīng)在成像效果上,形成包括ISO 感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等,不同類(lèi)型的差異:
ISO 感光度差異:由于CMOS 每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路,過(guò)多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積,因此相同像素下,同樣大小之感光器尺寸,CMOS的感光度會(huì)低于CCD。
成本差異:CMOS 應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程,可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中,節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失;相對(duì)地CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊,必須另辟傳輸通道,如果通道中有一個(gè)像素故障(Fail),就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞,無(wú)法傳遞,因此CCD的良率比CMOS低,加上另辟傳輸通道和外加ADC 等周邊,CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。
解析度差異:在第一點(diǎn)“感光度差異”中,由于CMOS 每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比CCD 復(fù)雜,其感光開(kāi)口不及CCD大, 相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí),CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過(guò),如果跳脫尺寸限制,目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬(wàn)像素/ 全片幅的設(shè)計(jì),CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難,特別是全片幅24mm-by-36mm 這樣的大小。
噪點(diǎn)差異:由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC 放大器,如果以百萬(wàn)像素計(jì),那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的ADC 放大器,雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品,但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在,很難達(dá)到放大同步的效果,對(duì)比單一個(gè)放大器的CCD,CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。
耗電量差異:CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式,感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動(dòng)式, 必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特(V)以上的水平,因此CCD 還必須要有更精密的電源線(xiàn)路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度,高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD 的電量遠(yuǎn)高于CMOS。