影像傳感器對(duì)成像效果起著至關(guān)重要的作用，像素越高，影像傳感器內(nèi)部集成的感光電極也越多，同時(shí)我們也應(yīng)該想到提升像素勢(shì)必要涉及到制造成本，每提高一個(gè)等級(jí)，數(shù)碼相機(jī)的價(jià)格都要高出一截，而且提升到一定程度后，CCD傳感器由于制造工藝的限制，短時(shí)間內(nèi)很難再有所突破。
目前主流的DSLR機(jī)型使用的CCD最多為600萬像素左右，即使現(xiàn)在索尼生產(chǎn)出了700萬、800萬像素的CCD，但想要將其安置在DSLR機(jī)身內(nèi)的話，最終效果只能是與預(yù)期效果背道而馳不合實(shí)際。而CMOS傳感器卻高達(dá)1600萬像素以上。
CMOS的成像原理
CMOS可細(xì)分為被動(dòng)式像素傳感器(PassivePixelSensorCMOS)與主動(dòng)式像素傳感器(ActivePixelSensorCMOS)。它原本是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資料?？墒怯腥伺既婚g發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的影像傳感器，緊跟著就由XirLink公司于1999年首次推向市場(chǎng)，2000年5月，美國Omnivision公司又推出了新一代的CMOS芯片。
CMOS最初曾被嘗試使用在數(shù)碼相機(jī)上，但與當(dāng)時(shí)如日中天的CCD相比信噪比差，敏感度不夠，所以沒能占居主流位置。當(dāng)然它也具備多種優(yōu)點(diǎn)，普通CCD必須使用3個(gè)以上的電源電壓，可是CMOS在單一電源下就可以運(yùn)作，與CCD產(chǎn)品相比同像素級(jí)耗電量小。另外CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝制程，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體制造流水線，不需額外投資生產(chǎn)設(shè)備，并且品質(zhì)可隨半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步而提升，這點(diǎn)正是今年索尼IRCUT雙濾光片對(duì)視頻成像技術(shù)的影響文/彭中能夠在很短時(shí)間內(nèi)開發(fā)制造出CMOS芯片的原因。
從技術(shù)角度分析成像原理，核心結(jié)構(gòu)上每單位像素點(diǎn)由一個(gè)感光電極、一個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)換單元、一個(gè)信號(hào)傳輸晶體管，以及一個(gè)信號(hào)放大器所組成。理論上CMOS感受到的光線經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后使電極帶上負(fù)電和正電，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電信號(hào)(電流或者電勢(shì)差)被CMOS從一個(gè)一個(gè)像素當(dāng)中順次提取至外部的A/D(模/數(shù))轉(zhuǎn)換器上再被處理芯片記錄解讀成影像。
具體工作時(shí)先由水平傳輸部采集信號(hào)，再由垂直傳輸部送出全部信號(hào)，故CMOS傳感器可以在每個(gè)像素基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)放大，采用這種方法可進(jìn)行快速的數(shù)據(jù)掃描，能夠勝任千萬像素級(jí)別的信息處理速率，單憑這點(diǎn)CCD就是望塵莫及的。
雖然CMOS當(dāng)時(shí)有許多缺點(diǎn)，但是這些年來已找到了切實(shí)可行的解決辦法，佳能算是CMOS領(lǐng)域中造詣最深的廠商，它在2001年對(duì)CMOS技術(shù)作出了革命性的變更設(shè)計(jì)，目前其他幾家技術(shù)都有佳能的技術(shù)影子。
a.偏面消除噪點(diǎn)技術(shù)。為了消除每個(gè)像素的漂移和噪點(diǎn)，原傳感器控制部分經(jīng)過重新的排線設(shè)計(jì)包含了一個(gè)增幅回路，它只吸收噪點(diǎn)信號(hào)而不處理光學(xué)信號(hào)，可以從光學(xué)信號(hào)中去除噪點(diǎn)部分令傳感器以很高的信噪比讀取信號(hào)。
b.全像素電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)。由于每次讀取信號(hào)時(shí)，初始值都會(huì)變化，只依靠傳感器控制回路上的消除噪點(diǎn)技術(shù)無法完美地解決這個(gè)問題，通過引進(jìn)全像素電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)，即可維持光學(xué)信號(hào)和實(shí)現(xiàn)高信噪比處理。
c.傳感器模擬處理技術(shù)。傳感器控制電氣回路上集成一個(gè)PGA可編程增益轉(zhuǎn)換器，有效地降低了噪點(diǎn)，并加速了信號(hào)輸出能力，讓每秒約3張的高速連續(xù)拍攝成為可能。
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