我们对我们每天所看到的视而不见，这难道不是事实吗?作为现代摄影师，一定程度上要精通技术，随着技术的发展，有时很难跟上。有大量的信息需要你去关注和了解，但在某种程度上，信息只有在你需要的时候才能找到并使用它。所以这意味着你必须去芜存杂，知道你真正应该了解的东西，因为它们会不断地被提出。有这样一个例子吗?CMOS(互补金属氧化物半导体)和CCD(电荷耦合器件)传感器-它们是什么以及为什么它们很重要。
在这里的动画中，摄影师Raymond Siri试图对这两种传感器类型进行基本概述，并深入了解它们的工作原理，以便您知道哪种最适合您。这些视频已经广为流传，但老实说，它们只能让我们一瞥两者之间的对比。就像摄影中的很多问题一样，当涉及到问题和比较时，答案不是二元的——没有是或否。那么，哪个更好呢?这两种传感器技术都有各自的优势，但是互补金属氧化物半导体似乎处于领先地位，我会解释一下为什么会这样。
在岩石与未来之间
由于图像传感器是数字化的，它们当然需要电力，而传统的CCD传感器往往耗电更多，甚至高达100倍。它们的数据吞吐率比CMOS慢(这部分解释了为什么中画幅相机没有高连续帧率)，但传统上它们产生的图像质量更高，失真和噪声更少，QE(量子效率)也更高。一般来说，相对于任何其他功能，严格用于光收集的每个CCD像素的数量都高于CMOS。然而，CMOS传感器的其他功能是至关重要的——它们完成了一些繁重的工作，如图像处理、降噪和允许完成特殊效果。
" alt="">
在最基本的层面上，它们的理论是相同的，因为它们都将光转换为电子，但每种传感器将模拟电荷转换为数字电荷的方式有很大不同。例如，CMOS传感器的每个像素旁边都有许多晶体管，通过典型的布线来放大和移动电荷。通常，进入传感器的光线会击中这些二极管，而不是实际的光电二极管，信息移动的方式会导致失真。因此，许多高端中画幅系统都使用CCD传感器也就不足为奇了。
" alt="">
此外，CMOS传感器读取信息就像读一本像素书一样，一行一行，这就是我们都讨厌的卷帘快门的原因。但CCD通过所谓的“全局快门”一次性捕捉整个画面。虽然已经有人尝试制造具有全球快门的CMOS传感器，但要在整个行业实现这一目标还需要时间。
它的走向
所以CCD看起来很聪明，但可惜的是，CCD传感器不使用传统的制造方法，而CMOS传感器可以在更典型的硅生产线上制造，这使得它们更便宜。我相信，这在很大程度上推动了数码相机的飞速发展。如今，手机等需要摄像传感器的设备的发展速度如此之快，周转率如此之高，因此CMOS传感器的低成本变得至关重要。
如果我们能接受CMOS的优势通常不在于图像质量，那么我们可以看到它的优势是速度、成本、高效率的电源和一些传感器上的处理。但这可能不会持续太久，因为CMOS和CCD之间的质量差距正在缩小，因为背光CMOS传感器，以及视频和快速自动对焦的需求。CMOS的处理能力使高速视频以及高速对焦成为可能，这是我们领域中真正受到我们影响和关注的两个领域。我们甚至看到了CMOS中格式的前景。所以你现在可能需要关心你自己，哪个更好，因为现在看起来，你可能甚至没有选择，因为CMOS已经跑开了。
来源:图像传感器世界
12个评论
留下回复
你一定是登录发表评论。
很棒的信息，就像这个
很酷的视频，虽然需要旁白
希望我的短信起到了作用。欢呼声艾德
是的，我应该先把整篇文章读完的，我直接看了视频:)
很酷的
好了。还有更多细节。
ccd绝不像CMOS器件那样是天生的全球性器件，这也是今天的CMOS在灵敏度和噪声方面已经优于大多数实用ccd的原因之一。是的，一个全传感器CCD设备将有更多的面积可用于光电晶体管，因为它是一个更简单的设备。然而，没有BSI CMOS传感器那么大的面积。然而，这是一个读取速度较慢的设备，需要一个机械快门，当然，这也是我们在大多数更好的相机上使用CMOS芯片的方式。这就是为什么无反光镜相机仍然能拍出照片，也就是为什么你在拍摄静态照片时不能使用卷帘快门(好吧，除非你的相机只有电子快门模式，现在有些人确实有这种模式)。
为了制作全局CCD，第一种类型是所谓的帧转移CCD。每个CCD基本上都是一个巨大的模拟移位寄存器……可以把它想象成一个水桶旅。一个电池中的电荷被转移到下一个电池中，如此循环，直到它离开芯片。为了制造一个更快的(仍然不是全局的)CCD，他们制造了一种被称为帧传输CCD的东西。这是通过制造一个两倍大小的芯片，并将一半芯片永久置于黑暗中来实现的。所以在曝光后，从有源的一半电荷迅速转移到被覆盖的一半。当然，缺点是你需要一个两倍大的芯片。
大多数现代ccd是行间传输ccd(在摄像机等中…不一定是用于科学成像的专门ccd)。在这种情况下，传感器的交替行被屏蔽。曝光后，每个暴露细胞的电荷立即转移到旁边的非敏感细胞。因此，一个真正的全局快门……但传感器的很大一部分无法捕捉光线。一些更现代的传感器通过垂直堆叠两个传感器来解决这个问题，但这使得它们更加昂贵。
这些“技巧”的CMOS版本当然是可能的。这正是全球快门CMOS芯片，如索尼的Pregius系列所做的。他们在传感器中建立模拟存储器，可能比简单的“堆叠传感器”更优雅一些。这个问题和CCD的问题是一样的……如何在不影响传感器的情况下做到这一点?你不想窃取光电二极管的面积(从而限制灵敏度)，你不想窃取电荷桶的面积(从而降低饱和点)，你也不想增加噪音。在我看来，这可能与BSI传感器非常吻合，因为芯片设计师在芯片顶部会有更大的空间，因为光电二极管阵列在底部。
问题是，如果你要建造一个静态相机，你不需要全局传感器，因为你可以包括一个机械快门来提供全局快门。大型CMOS传感器进入视频领域是相对最近的事情，而ccd已经针对视频需求进行了数十年的优化。因此，我们没有听到相机公司过多地谈论全球电子传感器也就不足为奇了。随着越来越多的公司(例如松下)将同样的基本大型传感器用于主要的视频摄像机和主要的静止摄像机，我预计这种情况会及时发生变化。
CMOS还具有片上adc的优势。任何时候你把一个模拟信号从一个芯片传输到另一个芯片，你都会积累噪音，比在芯片上做同样的工作噪音要大得多。CCD是一种纯模拟器件，这就是为什么它运行在模拟芯片进程上，而不是用于CMOS传感器、cpu、内存等的体积CMOS进程。CMOS传感器可以有一个片上ADC，这样芯片就只能通过无噪声数字连接来传输捕获的图像。事实上，它可以有多个adc来加快速度，还有很多其他的可能性。他们不一定——佳能的数码单反似乎仍然在做片外ADC，这是限制动态范围的原因之一，而索尼则是在芯片上进行所有的转换。ccd也是一样的问题。
戴夫，作为一个极客，我很喜欢你在这方面的深度知识所带来的细节。一如既往，感谢分享。
这些进步是由资本主义带来的。
哈哈。确实。尽管资本主义有那么多的弊端，但它也有它的优点!
没有必要轻视这种情况。
我最近做了一些关于CCD设计的研究，但对CMOS知之甚少。感谢分享这些视频!希望我们很快就能在CMOS相机中看到全局快门，让它们真正有效地用于视频工作。
很酷的视频