CCD与CMOS谁将笑傲江湖?

王朝数码·作者佚名  2006-12-19
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随着电子时代的飞速发展,数码产品以其迅雷不及掩耳之势飞入寻常百姓的生活中。而作为数码产品的龙头产品――数码相机,早已成为一种追逐时尚的象征。人们已不再满足于用傻瓜相机拍摄到此一游的纪念照片,而是更多的去追求数码相机带来的高画质的视觉享受,以及与亲友间通过E-mail轻松交流照片而带来的愉悦感觉。因此,数码相机的图像清晰度越来越受到厂商和用户的重视。数码相机是一种集光、机、电一体化的高科技产品,它与传统相机最根本的区别在于不使用卤化银胶片,而是将光影信号直接转化为数字信号记录下来。它的核心部件包括图像传感器、数字压缩存储设备和控件接口部件等。 数码照片拍摄的图像清晰度取决于数码相机的最高分辨率,而决定最高分辨率的重要部件就是传感器。作为数码相机灵魂部件的图像传感器,是一种半导体装置,担当着把光学影像转化为数字信号的重任。 数码相机市场在经历了几十年的发展历程,共存有CCD(电荷耦合元件)与CMOS两种传感器。其中CCD(电荷耦合元件)的像素由最早三十万、八十万、一百三十万、二百三十万,一直到发展至今达到三百万、四百万、六百万像素。因其能够为数码相机的用户提供高质量的图像清晰度,因此占领了数码相机市场的较大份额。但因其制造工艺较为复杂,且功耗较大,成本较高,因此在价格方面较CMOS略逊一筹;而CMOS传感器便于大规模生产,速度快、成本较低,可塑性比较高,而且与成本的冲突远远小于CCD的冲突,所以与CCD相比自身有着无与伦比的价格优势。但因为使用CMOS的数码相机在拍摄照片时获得的图像质量无法与CCD相媲美,因此众多数码相机厂商仍然选择CCD作为其数码相机产品的传感器。

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目前的数码相机传感器市场,技术相对成熟的CCD传感器稳稳占领了高端市场,而CMOS也毫不示弱,始终盘踞在传感器市场的低端地界。据美国的市场调查公司Cahners In-Sat Group预测,2004年的图像传感器市场上,CMOS图像传感器所占的市场份额比例,按照数量计算将扩大50.8%,按照金额计算将扩大35.5%。但是该公司同时还预测,CCD图像传感器的市场份额也同时会扩大。这预示着CCD与CMOS传感器在扩军的同时必将挑起相互间的市场争夺战,可以想象,这场战争将是极其残酷、血腥的。

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以影像及数码相机领域的巨头富士为首的CCD舰队在经历了二十多年的打拼市场后,技术相对较成熟,其技术广泛用于富士、索尼、柯达、奥林巴斯等大部分数码相机产品中。而佳能公司对其独创的CMOS传感器情有独终,将其应用在近乎所有的数码相机产品中。

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近年来,随着双方各自的技术不断创新发展,相互间的市场角逐也开始发生了戏剧性的变化。CCD与CMOS瞄准了对方的强大发展优势,采取反守为攻的战略战术,调转方向朝着对方的强项方向发展。

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富士公司从80年代初期就开始进行CCD的研发工作。90年代,富士公司还建立了一个专门生产CCD的子工厂,使得富士成为屈指可数的拥有自产CCD能力的数码相机制造商之一。富士公司经过多年的迅速发展后,已成为目前唯一拥有全线产品生产能力的数码相机生产厂商,在CCD的设计制造技术领域上尤其表现突出。

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目前,富士公司在其第一代超级CCD、第二代超级CCD的基础上,又研发成功第三代超级CCD,该技术成为超级CCD组件发展史上的一大飞越。第三代超级CCD组件由新开发的CCD和新开发的信号处理LSI组成,包含了像素加算信号处理技术和世界首创的CCD内部水平/垂直像素混合技术,达到ISO1600标准的高感度摄影(100万像素时)和VGA标准(640×480)下每秒30张的高感度的动画摄影水平;新技术可以将颜色和光亮度的干扰缩减至最小化,使作品更加清晰;同时可以自动判断更广泛的场景,对色彩的再现性和明亮度达到最佳控制状态,使被拍摄物平衡地、美丽地再现,综合画质得到大幅提高。第三代超级CCD相比之前的超级 CCD,在动态影像、光暗反应及CCD摄取影像速度方面都有较大改良,其中感光反应增加了4倍、对动态影像反应(残影减少)高6倍、CCD集光率增加33%。富士公司同期推出的三款数码相机FinePix F601、FinePix S2 Pro和FinePix S602都是第3代超级CCD技术最大受益者。富士公司通过这次新开发的第3代超级CCD组件,将进一步拓展数码相机高品质图像新时代。看来,2002年富士将要把CCD技术作为其发展市场的重要研究对象之一。

作为高质量数码摄影的技术领导者Foveon公司在2002年初推出全球首款全彩图像传感器,开创了全球数码相机市场图像传感器的先河。此次推出的新型系列Foveon X3图片传感器(如图所示),使用了当今最先进的的Foveon X3技术,它的强大威力在于可以在同一像素位置对红色、绿色和蓝色三种光线进行感光。这种技术创新将可生成更清晰的图像以及达到更佳的色彩,同时也能有效避免现有数码相机中的色彩失真现象,这是数码相机发展中史无前例的一大壮举。无疑在2002年的全球数码相机市场投下了一枚重量级的炸弹,引爆了全球数码相机传感器的硝烟战火。正如CCD制造技术制约数码相机技术的发展一样,图像传感器的面积也同样制约着传感器的技术发展。如果传感器的面积能够达到与传统135胶片的面积相当,那么数码相机就可以完全发挥所有可更换镜头的性能,目前专业数码相机没有超广角、鱼眼镜头的遗憾也将成为历史。

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目前,专业型数码相机正朝着更大面积的图像传感器进军。Pantax 的Digital SLR和Contax的N Digital都已具有与35mm胶片同尺寸的CCD传感器。Contax的N Digital采用的这种由Philips生产的36 x 24 mm大小、600万像素的CCD传感器,最高分辨率达到3040 x 2016像素,拍摄速度可达每秒3张。Contax的这一举动无疑会让全幅面的数码相机时代早日到来。当然,Canon、Nikon等各数码影像的巨头肯定不会坐视不理的,拥有35mm全尺寸传感器的数码相机也将正式入侵数码相机市场。由此也将引发CCD传感器内部之间的激烈争霸战。

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与热气腾腾的CCD传感器相互间的市场争夺相映成趣的是CMOS传感器技术的穷追不舍。东芝公司在今年率先发起了对CCD的挑战。东芝研制成功的新型高性能CMOS影像传感器所产生的影像画质将比传统的CMOS有较大改进,并可以和CCD影像传感器的画质相媲美,这是一项伟大的进步。新型CMOS不仅保持了价格便宜的优势,而且可以用更低的电力来驱动。在最佳的设计状态下,照片的面积和东芝公司目前的产品相比要提高1倍。以前只有CCD可以实现的数十万级象素的数码相机的高画质拍摄效果,将不需要昂贵的、相对较大的CCD传感器来实现。东芝此次开发的新型CMOS影像传感器可以说是为CMOS传感器家族扬眉吐气,也将给现有的数码相机产品带来巨大的变化。

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而作为日本电子产品龙头老大的的日立株式会社紧跟其后也推出一款用于携带终端设备的高画质CMOS传感器照相机组件「HAM49002」,它的厚度仅为日立公司现有产品的一半都不到,在业界也尚属最小。这款1/7英寸11万像素CMOS传感器组件通过高度集约化技术,将CMOS传感器和照相机信号处理LSI做成一个紧凑的组件,实现了最低被拍摄体照度5Lux的高感度。它将可用于移动电话、PDA、PC照相机、门镜系统、监视照相机和玩具等。

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利用CMOS图像传感器同LSI之间良好的亲和性,将图像传感器引入内存及逻辑电路的芯片技术也已陆续出现。美国斯坦福大学(Stanford University)就曾经发布了利用0.l8 μm CMOS技术,在每个存储单元中加入A-D转换器和8bit DRAM内存的芯片。该芯片显示了可以将新功能加入到图像传感器中的广阔前景,而这种芯片技术是使用CCD传感器难以实现的。

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可以见得, 未来的五年内数码相机市场的发展将以数码相机传感器发展为主导方向。 也许在不久的将来,搭载在数码相机上的图像传感器将全部从CCD转换成CMOS。随着传感器技术的不断创新变革,数码相机传感器市场将会呈现群龙狂舞的热闹场面,CCD图像传感器同CMOS图像传感器的分庭抗礼的时代还会延续下去。

(迪派网)

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