与CCD不同,我们今天使用的手机、相机普遍使用的则是CMOS图像传感器。CMOS的全称是“互补性氧化金属半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)”,其感光的基本原理同样是半导体的光电效应,但在对电荷的处理和读取上与CCD略有不同。
CMOS是集成技术提高的产物,它的每个光电二极管都有相对应的放大电路,已经将每个像素的信号电荷直接转化为电信号,因此无需逐个像素进行电荷读取,而获得更加稳定清晰的电信号。
图源:2005年8月《PHOTONICS SPECTRA》杂志,Laurin 出版公司。
CMOS的优势
1.更高的集成度和更低的制造成本。CMOS能集成放大器、降噪电路、数字信号处理器等组件,减少了生产步骤和产品的复杂度,这能够降低生产成本。
2.良品率高,不易损坏。由于CCD需要沿着一行中的每一个像素读取信号电荷,因此一个像素点的电荷错误将导致整行像素点失真而造成图像失真。而CMOS则不会出现这一问题。
3.功耗更低,更省电。CCD需要通过施加较高的电压来完成电荷积累、电荷暂存和扫描读取的过程,这个过程很容易受到干扰而造成像素失真。而CMOS每个像素均已形成像素电信号,省略了这一过程。此外,CMOS的高集成度也有助于节能。——今天的相机相比于老式数码相机续航更久,也与这一原因有关。
4.读取速度更快。CMOS工作方式简单、集成度高、可以实现像素并行输出信号,这使得它的速度更快,在拍摄高帧率视频和连拍时比CCD更具优势。
5.没有“纵向涂片”效应。当CCD的某个像素接收到过强的光线时,溢出的电荷会干扰到一整行像素的成像,并在最终的照片里出现一整条纵向的白线。CMOS的像素因其独立性能很好地抑制这一效应。