ความแตกต่างระหว่างกล้อง CCD และ CMOS
ความแตกต่างระหว่างกล้อง CCD และ CMOS
1. ขั้นตอนการถ่ายภาพ
หลักการแปลงโฟโตอิเล็กทริกระหว่างเซนเซอร์ภาพ CMOS และ CCD มีความคล้ายคลึงกัน และความแตกต่างที่สำคัญคือกระบวนการอ่านสัญญาณแตกต่างกัน ความสอดคล้องของสัญญาณเอาต์พุต CCD นั้นดีมากโดยมีโหนดเอาต์พุตเพียงโหนดเดียว (หรือสองสาม) ในชิป CMOS ความสม่ำเสมอในการส่งสัญญาณออกนั้นไม่ดีเพราะแต่ละพิกเซลมีเครื่องขยายสัญญาณของตัวเองที่ทำการแปลงแรงดันประจุ
อย่างไรก็ตาม ในการอ่านสัญญาณภาพทั้งหมด CCD ต้องใช้แบนด์วิดท์สัญญาณที่กว้างของแอมพลิฟายเออร์เอาต์พุต ในชิป CMOS แบนด์วิดท์ของแอมพลิฟายเออร์ในแต่ละพิกเซลจะเล็กลง ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานของชิปได้อย่างมาก นี่คือสาเหตุหลักว่าทำไมการใช้พลังงานของชิป CMOS จึงต่ำกว่า CCD แม้ว่าการใช้พลังงานจะลดลง แต่ความไม่สอดคล้องกันของแอมพลิฟายเออร์หลายล้านตัวทำให้เกิดสัญญาณรบกวนคงที่ที่สูงขึ้น ซึ่งเป็นข้อเสียของ CMOS เมื่อเปรียบเทียบกับ CCD
2. บูรณาการ
จากมุมมองของกระบวนการผลิต วงจรและอุปกรณ์ใน CCD ถูกรวมเข้ากับวัสดุผลึกเดี่ยวของเซมิคอนดักเตอร์ และกระบวนการนี้ซับซ้อน ผู้ผลิตเพียงไม่กี่รายในโลกเท่านั้นที่สามารถผลิตเวเฟอร์ CCD ได้ เช่น DALSA, Sony, Panasonic เป็นต้น CCD สามารถส่งสัญญาณไฟฟ้าแบบแอนะล็อกได้เท่านั้น ซึ่งต้องใช้ตัวถอดรหัสที่อยู่ ตัวแปลงแอนะล็อก และตัวประมวลผลสัญญาณภาพ นอกจากนี้ ยังต้องจัดให้มีวงจรควบคุมนาฬิกาซิงโครนัสของพาวเวอร์ซัพพลายสามกลุ่มที่มีแรงดันไฟฟ้าต่างกัน โดยมีการรวมที่ต่ำมาก
CMOS ถูกรวมเข้ากับวัสดุเพลทโมโนเมอร์ที่เรียกว่าเมทัลออกไซด์ กระบวนการนี้เหมือนกับการผลิตวงจรรวมเซมิคอนดักเตอร์หลายหมื่นตัว เช่น ชิปคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ดังนั้นต้นทุนของซาวด์ฟิลด์ CMOS จึงต่ำกว่า CCD มาก ในเวลาเดียวกัน ชิป CMOS สามารถรวมเครื่องขยายสัญญาณภาพ วงจรอ่านสัญญาณ วงจรการแปลง A/ D โปรเซสเซอร์สัญญาณภาพ และตัวควบคุมเข้าเป็นชิปตัวเดียว มีชิปเพียงตัวเดียวที่สามารถใช้ฟังก์ชันพื้นฐานทั้งหมดของกล้องได้ด้วยการผสานรวมในระดับสูง แนวคิดของกล้องระดับชิปมาจากสิ่งนี้ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการถ่ายภาพแบบ CMOS บริษัทจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ สามารถจัดหาชิปภาพ CMOS คุณภาพสูง ซึ่งรวมถึงไมครอน, CMOS, ไซเปรส เป็นต้น
3. ความเร็ว
ในแง่ของความเร็ว CCD ใช้เอาต์พุตไวแสงทีละรายการ ซึ่งสามารถเอาต์พุตได้ตามโปรแกรมที่ระบุเท่านั้น และความเร็วจะช้า
CMOS มีตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าชาร์จหลายตัวและการควบคุมสวิตช์คอลัมน์แถว และความเร็วในการอ่านข้อมูลจะเร็วกว่ามาก ในปัจจุบัน กล้องความเร็วสูงที่สูงกว่า 500fps ส่วนใหญ่เป็นกล้อง CMOS นอกจากนี้ สวิตช์ไฟแฟลชแอดเดรสของ CMOS ยังสามารถสุ่มตัวอย่างเพื่อรับรู้เอาต์พุตของหน้าต่างย่อย และสามารถรับความเร็วสูงขึ้นได้เมื่อส่งออกเฉพาะรูปภาพของหน้าต่างย่อยเท่านั้น
4. เสียงรบกวน
เนื่องจากเทคโนโลยี CCD นั้นได้รับการพัฒนาและเติบโตในช่วงเริ่มต้น จึงมีการใช้จุดแยก PN หรือชั้นการแยกซิลิกา (SiO2) เพื่อแยกสัญญาณรบกวน และคุณภาพของภาพก็มีข้อดีเหนือกว่าโฟโตอิเล็กทริคเซนเซอร์แบบ CMOS เนื่องจากการผสานรวมของเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ในระดับสูง ระยะห่างระหว่างส่วนประกอบและวงจรจึงอยู่ใกล้กันมาก การรบกวนจึงรุนแรง และสัญญาณรบกวนส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของภาพ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีลดสัญญาณรบกวนวงจร CMOS ทำให้มีเงื่อนไขที่ดีสำหรับการผลิตเซ็นเซอร์ภาพ CMOS ที่มีความหนาแน่นสูงและคุณภาพสูง
5. หลักการถ่ายภาพ
CMOS (เซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม) มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีเซมิคอนดักเตอร์ของไมโครโปรเซสเซอร์ หน่วยความจำแฟลช และวงจรรวมสำหรับวัตถุประสงค์พิเศษ (ASIC) CMOS เช่น CCD เป็นสารกึ่งตัวนำที่สามารถใช้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแสงได้ CMOS ส่วนใหญ่เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่ทำจากซิลิกอนและเจอร์เมเนียม ซึ่งทำหน้าที่พื้นฐานผ่านทรานซิสเตอร์ที่มีประจุลบและมีประจุบวกใน CMOS กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากเอฟเฟกต์เสริมทั้งสองนี้สามารถบันทึกและแปลผลเป็นภาพได้ด้วยชิปประมวลผล
CMOS มีโครงสร้างที่ค่อนข้างเรียบง่ายและมีกระบวนการผลิตเหมือนกับวงจรรวมขนาดใหญ่ที่มีอยู่ จึงสามารถลดต้นทุนการผลิตได้ โดยหลักการแล้ว สัญญาณ CMOS เป็นสัญญาณประจุในหน่วยของจุด ขณะที่ CCD เป็นสัญญาณปัจจุบันในหน่วยพฤติกรรม แบบแรกมีความละเอียดอ่อน เร็วขึ้น และประหยัดพลังงานมากขึ้น ปัจจุบัน CMOS คุณภาพสูงไม่ได้แย่ไปกว่า CCD ทั่วไป แต่ในปัจจุบันการพัฒนาเทคโนโลยี CMOS ยังไม่เติบโตเต็มที่ CMOS คุณภาพสูงนี้ใช้กับกล้องดิจิตอลระดับมืออาชีพเท่านั้น กล้องดิจิตอลระดับเริ่มต้นระดับต่ำจำนวนมากใช้ CMOS เกรดต่ำและราคาถูก และคุณภาพของภาพค่อนข้างแย่ ข้อเสียประการหนึ่งคือมีแนวโน้มที่จะเกิดสัญญาณรบกวนมากเกินไป ซึ่งสาเหตุหลักมาจากการออกแบบในช่วงแรกทำให้ CMOS ร้อนมากเกินไป เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในปัจจุบันบ่อยเกินไปเมื่อประมวลผลภาพที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
ดังนั้นหากคุณซื้อกล้องดิจิตอลสำหรับผู้บริโภค คุณยังคงต้องเลือก CCD เป็นเซ็นเซอร์ภาพ