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CCD与CMOS哪种更适合工业机器视觉?

导读: 在选择某种芯片时有很多需要权衡考虑的问题。对工业相机的选择,要以满足机器视觉系统需求为标准;对机器视觉系统的选择,要以用户生产检测、工况监控等需求为标准。

  图像传感器是各种工业及监控用相机、便携式录放机、数码相机,扫描仪等的核心部件,这个快速增长的市场现在已经延伸到了玩具、手机、PDA、汽车和生物等领域。随着上世纪70年代和80年代固态成像应用的飞速发展,CCD技术和制造加工在光学特性和成像质量方面得到了最优化。在上世纪末的25年里,CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合器件)技术一直统领着图像传感器件的潮流,它是能集成在一块很小的芯片上的高分辨率和高质量图像传感器。然而,近些年来随着半导体制造技术的飞速发展,集成晶体管的尺寸越来越小,性能越来越好,CMOS(Complimentary Metal Oxide Semiconductor,互补性金属氧化物半导体)图像传感器近年得到迅速发展,大有后来居上之势。CMOS在中端、低端应用领域提供了可以与CCD相媲美的性能,而在价格方面确实明显占有优势,随着技术的发展,CMOS在高端应用领域也将占据一席之地。本文将对两种技术作一简要介绍及对比,以便为用户在其具体应用选型时起到一定的指导作用。

  从技术的角度来说,经常用以下指标来评估图像传感器的性能:

  由以上对比可见,CCD和CMOS图像传感器各有利弊,在整个图像传感器市场上它们既是一种相互竞争又是一种相互补充的关系。在有些时候,两种传感器之间是互补的,可以适用在不同的应用场合。

  CCD提供很好的图像质量、抗噪能力和相机设计时的灵活性。尽管由于增加了外部电路使得系统的尺寸变大,复杂性提高,但在电路设计时可更加灵活,可以尽可能的提升CCD相机的某些特别关注的性能。CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域,如天文,高清晰度的医疗X光影像、和其他需要长时间曝光,对图像噪声要求严格的科学应用。

  CMOS是能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产的图像传感器,具有成品率高、集成度高、功耗小、价格低等特点。CMOS技术是世界上许多图像传感器半导体研发企业试图用来替代CCD的技术。经过多年的努力,作为图像传感器,CMOS已经克服早期的许多缺点,发展到了在图像品质方面可以与CCD技术较量的水平。现在CMOS的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合。如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。

  目前,CCD在性能方面还仍然优于CMOS。不过,随着CMOS图像传感器技术的不断进步,在其本身具备的集成性、低功耗、低成本的优势基础上,噪声与敏感度方面有了很大的提升,与CCD传感器差距不断缩小。甚至有些业内人士认为,未来的传感器市场,应是CMOS的天下。那么,到底哪一种传感器更适合工业相机市场呢?或者哪一种传感器更适应以后的需求?

  对于以上问题的答案,是显而易见的:在选择某种芯片时有很多需要权衡考虑的问题。对工业相机的选择,要以满足机器视觉系统需求为标准;对机器视觉系统的选择,要以用户生产检测、工况监控等需求为标准。所以,对于机器视觉系统、工业相机来说,不论是哪种传感器比较强大,他们技术的进步无疑都将极大推动工业相机市场及机器视觉行业的发展。
 

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