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,另一個則是CMYG補色分色法,這兩種方法各有利弊。不過以產(chǎn)量來看,原色和補色CCD的比例大約在2:1左右。原色CCD的優(yōu)勢在于畫質(zhì)銳利,色彩真實,但缺點則是噪聲問題。因此一般采用原色CCD的DC,在ISO感光度上多半不會超過400。相對的補色CCD多了一個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,并將信號傳送到影像處理芯片,將影像還原。
最后說一下CMOS:
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)即互補性金屬氧化物半導(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)上占有絕對重要的地位。CMOS和CCD一樣都是可用來感受光線變化的半導(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CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。
因為CMOS結(jié)構(gòu)相對簡單,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的信號是以點為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現(xiàn)在高級的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)用于專業(yè)級別的數(shù)碼相機(jī)上,許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用的是廉價低檔的CMOS,其成像質(zhì)量比較差。最大的缺點就是太容易出現(xiàn)噪點, 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像時,由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。所以目前如果購買消費級數(shù)碼相機(jī)還是要選擇以CCD為影像傳感器的。不過高端的單反相機(jī)還是以CMOS居多。
兩者優(yōu)缺點的比較
CCD CMOS
設(shè)計 單一感光器 感光器連接放大器
靈敏度 同樣面積下高 感光開口小,靈敏度低
成本線路 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
噪點比 單一放大,噪點低 百萬放大,噪點高
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在傳輸時不失真(專屬通道設(shè)計),透過每一個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的制程較簡單,沒有專屬通道的設(shè)計,因此必須先行放大再整合各個像素的資料。
整體來說,CCD與CMOS 兩種設(shè)計的應(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、噪點與耗電量等,不同類型的差異:
ISO 感光度差異:由于CMOS 每個像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路,過多的額外設(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,如果通道中有一個像素故障(Fail),就會導(dǎo)致一整排的訊號壅塞,無法傳遞,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的制造成本相對高于CMOS。
解析度差異:在第一點“感光度差異”中,由于CMOS 每個像素的結(jié)構(gòu)比CCD 復(fù)雜,其感光開口不及CCD大, 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時,CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過,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1400萬像素/ 全片幅的設(shè)計,CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢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。
噪點差異:由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個ADC 放大器,如果以百萬像素計,那么就需要百萬個以上的ADC 放大器,雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品,但是每個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,對比單一個放大器的CCD,CMOS最終計算出的噪點就比較多。
耗電量差異:CMOS的影像電荷驅(qū)動方式為主動式,感光二極體所產(chǎn)生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式, 必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。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路設(shè)計和耐壓強(qiáng)度,高驅(qū)動電壓使CCD 的電量遠(yuǎn)高于CMOS。