CMOS和CCD未來智能視頻監(jiān)控市場展望淺析

摘 要：CMOS（Charge Coupied Device）和CCD（Complementary Metal Oxide Semiconductor）是當前最主要的攝像頭感光芯片類型，在未來的發(fā)展過程中CMOS正通過改善自身的不足，逐漸走到了當前高端感光成像領(lǐng)域之中，而該領(lǐng)域一直是CCD感光芯片占據(jù)的地盤。其兩者都是將光信號通過感光二極管轉(zhuǎn)換成電信號，只是兩者性能和數(shù)字信號傳送方式的不同。所以隨著科學技術(shù)的進步，雖然CCD傳感器在感光低閥值、分辨率、以及噪聲控制等方面具有相當?shù)膬?yōu)勢，但其低成本高、耗電量大、整合度低，這都不利于當前智能設備市場的應用。CCD多應用于高端成像市場，CMOS傳感器則多用于移動、便攜產(chǎn)品市場。所以我們通過對靜態(tài)參數(shù)對比分析和市場技術(shù)應用兩方面的分析，得出結(jié)論CMOS將是未來的主流。

關(guān)鍵詞：CMOS CCD 智能監(jiān)控 視頻

中圖分類號：TN609 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0234-01

1 概述

CCD與CMOS都是當前被普遍采用的光感元器件。作為影像感測組件的核心，基本上兩者都是利用感光二極管進行光與電的轉(zhuǎn)換，將影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，而其主要差異則在數(shù)字信號傳送方式的不同[1]。

2 靜態(tài)參數(shù)對比分析

通過對比國內(nèi)多數(shù)商用產(chǎn)品的分析，其具體區(qū)別有：

2.1 靈敏度差異

由于CMOS傳感器每個像素由四個晶體管與一個感光二極管所構(gòu)成（含放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路），使得每個像素的感光區(qū)域遠小于像素本身的表面積，因此在像素尺寸（pixel size）相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度會低于CCD傳感器[2]。

2.2 成本差異

在影響某一芯片能否在市場推廣的因素里，成本是最關(guān)鍵的因素之一，在品質(zhì)參數(shù)相差不大的情況下，CMOS傳感器具有極強的競爭力。因為它采用普通半導體電路制程，在集成多種數(shù)字功能時具有天然的優(yōu)勢，不需進行電路匹配就可以實現(xiàn)直接互聯(lián)，這又大大的降低了應用開發(fā)成本。CCD就不具備這一優(yōu)勢，而且其電荷傳遞的工作方式限制了它的推廣。當傳遞過程中有一點小問題就會導致整條數(shù)據(jù)無法實現(xiàn)采集，這無疑會降低產(chǎn)品成品率，從另一方面說就是增加了制造成本，更何況其本身就價格不菲。

2.3 分辨率差異

在靈敏度和成本這些關(guān)鍵方面CCD不具有優(yōu)勢，但是在分辨率或者成像效果方面它就優(yōu)于CMOS傳感器。并且這一優(yōu)勢一度將CMOS遠遠拋開，原因就是其像素的感光和處理機制復雜程度不同。但是差距能有多大呢，2012年11月以CMOS為感光芯片的智能手機已經(jīng)把分辨率做到了1080P，而且還在提高，在大多數(shù)市場應用產(chǎn)品中CMOS已經(jīng)完全占據(jù)了有利地位，只是一些需要專業(yè)效果非常高，夜視效果強的領(lǐng)域還在用CCD。

2.4 噪聲差異

在成像的噪聲控制方面，CCD傳感器要優(yōu)于CMOS傳感器。這是由于其內(nèi)部放大器的工作模式不同導致的，這方面CMOS可能需要進一步下下功夫，但是和分辨率一樣，差距在越來越小。

2.5 耗電量差異

在當前科技發(fā)展領(lǐng)域里，功耗的問題似乎和世界能源問題一樣成為芯片是否具有競爭力的關(guān)鍵因素，CMOS在這方面又勝CCD一點兒。由于前者的主動影像獲取方式不需要外加電壓實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，而后者卻要提供12～18 V的外加電壓才能實現(xiàn)圖像采集。這帶來兩方面的問題：第一必須有專門的電源芯片，設備和制造復雜；第二功耗相對增加了許多。在該領(lǐng)域主要廠商的產(chǎn)品中，同等的30fps視頻采集運作速度下，1/4寸CMOS芯片可達到6.6 uW的超低功耗，而CCD一般功耗都在40 mW左右，差距非常明顯，所以在功耗方面隨著芯片技術(shù)的進一步發(fā)展，CMOS具有無法超越的優(yōu)勢。

在不同參數(shù)的對比下，可以看出CMOS芯片具有比較大的優(yōu)勢，但是其像素數(shù)及成像效果方面還無法超越CCD芯片。

3 系統(tǒng)應用環(huán)境分析

比較了其靜態(tài)相關(guān)參數(shù)，只能說明一方面的問題，也就是其自身條件方面CMOS占優(yōu)，但在具體的應用環(huán)節(jié)，必須考慮應用環(huán)境的問題。在消費電子領(lǐng)域和安防等特殊應用領(lǐng)域兩者的表現(xiàn)卻沒有那么大的差別，各有各的市場。

隨著技術(shù)進步，CMOS完全有能力和機會全面超越CCD芯片。而且在未來小型化、低功耗等必然趨勢的作用下，這一現(xiàn)狀將更快到來。智能手機領(lǐng)域的眾多廠商一度推出其2000萬～4000萬像素的CMOS鏡頭，各項指標完全符合高端需求和未來趨勢。

綜上所述，它們的價格相差可能是幾百，有時會上千，當預算與產(chǎn)品出現(xiàn)了較大的價格差時，選擇便宜的產(chǎn)品是比較好的選擇，但是，有個事實不容忽視，在效果和體積、功耗等一并需要省的情況下，錢決定不了多少選擇。比如：高端監(jiān)控，應該是CCD的領(lǐng)域，但是事實上CMOS卻占了主要市場。所以以目前監(jiān)控市場的發(fā)展趨勢看，COMS應用市場將會更快的超過CCD。

3.1 夜視效果

以目前大安防市場來看，CCD市場占比高于CMOS。前者的感光度要高于后者，特別是在周圍環(huán)境光線較暗的情況下，CCD優(yōu)勢盡善盡美[3]。在滿月的夜晚，人眼可識別的光線照度約為1Lux，CCD大約能看到在0.1～3Lux照度以下的目標，是CMOS傳感器感光度的3到10倍。顯然，以低照度來看，CCD略勝一籌[4]。

總之，CMOS市場占比逐漸增多，鑒于目前的監(jiān)控市場劃分，CCD正在CMOS低端和高端的夾縫中求生，但是CCD還不會很快被CMOS淘汰掉。若想取得市場的占有率，高價格問題必須解決[5]。

4 結(jié)語

當前智能手機等便攜智能設備的大量普及，必然引發(fā)cmos的全力進攻，ccd只能守住一些小額市場，像英特爾、微軟這樣的大企業(yè)也開始進入移動是市場，可見這已趨勢已經(jīng)是不可避免。隨著安防市場行業(yè)化趨勢進一步加深，高清監(jiān)控應用的需求也越來越多。因此，在權(quán)衡價格和圖像效果上，CMOS成為未來最主要的通用芯片。

參考文獻

[1]廖一峰.CMOS sensor圖像處理芯片在手機開發(fā)平臺上的應用[J].韶關(guān)學院學報，2007（3）：64-66.

[2]日本機器人學會.機器人技術(shù)手冊[M].宗光華，譯.北京：科學出版社，2007：160-161.

[3]Kanal，陳祖蔭.模式識別工作綜述：1968—1974（上）[J].機器人，1980（6）：30-31.

[4]Kanal，陳祖蔭.模式識別工作綜述：1968—1974（下）[J].機器人，1980（6）：15-16.

[5]石東新，傅新宇，張遠.CMOS和CCD性能與高清及應用比較[J].通訊技術(shù)，2010，43（12）：174-179.