小芯片有大功能——監(jiān)控攝像機的眼睛CCD

對于監(jiān)控攝像機來說，CCD是最核心的部件，相當(dāng)于監(jiān)控攝像機的眼睛。被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至 CCD芯片上， CCD根據(jù)光的強弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。

CCD是 Charge Coupled Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。

按照成像色彩、分辨率、靈敏度以及靶面尺寸的不同有不同的分類。一般來說，大的 CCD 芯片，其相應(yīng)的象素面積也較大，接收所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，在弱光條件下具有較好的拍攝能力，容易使攝像機整體質(zhì)量提高，圖像細(xì)部明顯細(xì)膩自然。而光學(xué)系統(tǒng)聚焦影像時的焦平面越小，則成像過程中丟失的細(xì)節(jié)就越多，得到的影像放大后細(xì)部過渡就可能有突變的現(xiàn)象，顯得不自然。

另外小尺寸 CCD 擁有更多的象素和更高的分辨率也會導(dǎo)致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。單個像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動態(tài)范圍越窄。每個象素上的信息趨于與在它附近的象素的信息混合（在電子學(xué)上這個概念叫做色度亮度干擾）。

CCD與CMOS的比較

互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電） 和 P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點， 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。

CCD與CMOS不同工作原理

由兩種感光器件的工作原理可以看出，CCD的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。

在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上。

CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動，電源消耗量比CCD低。

CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小，例如，CMOS影像傳感器只需一組電源，CCD卻需三或四組電源，由于ADC與訊號處理器的制程與CCD不同，要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問題就是降低噪聲的產(chǎn)生，未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被CCD壓抑的宿命，往后技術(shù)的發(fā)展是重要關(guān)鍵。

CCD的市場現(xiàn)狀

CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。 CCD經(jīng)過長達(dá)三十多年的發(fā)展，大致的形狀和運作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。我國監(jiān)控攝像機使用的CCD大多是日本制造的。前段時間日本地震，日本SONY、Sharp等廠商受到影響，我國監(jiān)控攝像機的價格就隨之上漲。

21 世紀(jì)，世界進(jìn)入了信息時代，數(shù)字化、計算機化、通訊、電視融為一體的網(wǎng)絡(luò)化即將成為現(xiàn)實，讓人們?nèi)ッ鎸?、去學(xué)習(xí)、去研究。從整個系統(tǒng)來講，CCD 攝像機是核心的元件之一，但由于我國 CCD 攝像機制造技術(shù)和 CCD 傳感器生產(chǎn)線正處于發(fā)展和不斷完善的階段，因此，目前我國 CCD 產(chǎn)業(yè)亟待發(fā)展，才能適應(yīng)市場的需求。隨著我國經(jīng)濟的高速增長，信息產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加快，CCD 攝像機的市場會越來越大，應(yīng)用的領(lǐng)域?qū)⑸钊氲矫恳粋€相關(guān)的專業(yè)領(lǐng)域，將給人們帶來新的概念。