小芯片有大功能――監(jiān)控?cái)z像機(jī)的眼睛CCD

對(duì)于監(jiān)控?cái)z像機(jī)來(lái)說(shuō)，CCD是最核心的部件，相當(dāng)于監(jiān)控?cái)z像機(jī)的眼睛。被攝物體的圖像經(jīng)過(guò)鏡頭聚焦至 CCD芯片上， CCD根據(jù)光的強(qiáng)弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個(gè)像素積累的電荷在視頻時(shí)序的控制下，逐點(diǎn)外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號(hào)輸出。視頻信號(hào)連接到監(jiān)視器或電視機(jī)的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。

CCD是 Charge Coupled Device（電荷耦合器件）的縮寫(xiě)，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。

按照成像色彩、分辨率、靈敏度以及靶面尺寸的不同有不同的分類。一般來(lái)說(shuō)，大的 CCD 芯片，其相應(yīng)的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機(jī)整體質(zhì)量提高，圖像細(xì)部明顯細(xì)膩?zhàn)匀?。而光學(xué)系統(tǒng)聚焦影像時(shí)的焦平面越小，則成像過(guò)程中丟失的細(xì)節(jié)就越多，得到的影像放大后細(xì)部過(guò)渡就可能有突變的現(xiàn)象，顯得不自然。

另外小尺寸 CCD 擁有更多的象素和更高的分辨率也會(huì)導(dǎo)致單個(gè)像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個(gè)像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動(dòng)態(tài)范圍越窄。每個(gè)象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合（在電子學(xué)上這個(gè)概念叫做色度亮度干擾）。

CCD與CMOS的比較

互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電） 和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn)， 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(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。

CCD與CMOS不同工作原理

由兩種感光器件的工作原理可以看出，CCD的優(yōu)勢(shì)在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價(jià)格非常高昂。

在相同分辨率下，CMOS價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些。CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上。

CMOS影像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價(jià)即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫(huà)素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動(dòng)，電源消耗量比CCD低。

CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點(diǎn)，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號(hào)處理器整合在一起，使體積大幅縮小，例如，CMOS影像傳感器只需一組電源，CCD卻需三或四組電源，由于ADC與訊號(hào)處理器的制程與CCD不同，要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問(wèn)題就是降低噪聲的產(chǎn)生，未來(lái)CMOS影像傳感器是否可以改變長(zhǎng)久以來(lái)被CCD壓抑的宿命，往后技術(shù)的發(fā)展是重要關(guān)鍵。

CCD的市場(chǎng)現(xiàn)狀

CCD 更接近于人眼對(duì)視覺(jué)的工作方式。只不過(guò)，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺(jué)感應(yīng)。 CCD經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)三十多年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。我國(guó)監(jiān)控?cái)z像機(jī)使用的CCD大多是日本制造的。前段時(shí)間日本地震，日本SONY、Sharp等廠商受到影響，我國(guó)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的價(jià)格就隨之上漲。

21 世紀(jì)，世界進(jìn)入了信息時(shí)代，數(shù)字化、計(jì)算機(jī)化、通訊、電視融為一體的網(wǎng)絡(luò)化即將成為現(xiàn)實(shí)，讓人們?nèi)ッ鎸?duì)、去學(xué)習(xí)、去研究。從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)講，CCD 攝像機(jī)是核心的元件之一，但由于我國(guó) CCD 攝像機(jī)制造技術(shù)和 CCD 傳感器生產(chǎn)線正處于發(fā)展和不斷完善的階段，因此，目前我國(guó) CCD 產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展，才能適應(yīng)市場(chǎng)的需求。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速增長(zhǎng)，信息產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，CCD 攝像機(jī)的市場(chǎng)會(huì)越來(lái)越大，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⑸钊氲矫恳粋€(gè)相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域，將給人們帶來(lái)新的概念。