一,、CMOS傳感器代表DV未來的發(fā)展方向 1、索尼,、三星,、佳能等廠商大力投入CMOS傳感器的研發(fā) CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），它的中文名稱是“互補性氧化金屬半導體”,。主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的,，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電）和 P（帶+電）級的半導體,，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像,。
cmos工作原理 在影像行業(yè)里，佳能公司很早就開始著手開發(fā)去除CMOS信號噪音的技術(shù),，并創(chuàng)造出集成電路雜音減少技術(shù),、電荷轉(zhuǎn)移技術(shù)和集成電路程序的擴大增益技術(shù)，使CMOS傳感器具備了媲美CCD的畫質(zhì),，并領(lǐng)先于其它公司將其運用于數(shù)碼單反相機之中,，并因此而聞名,。
ccd工作原理 作為全球最重要的CCD廠商，索尼其實也很早就已經(jīng)開始CMOS傳感器的研究,。2004年索尼擴大了在日本的CMOS生產(chǎn),，斥資5000億日元投產(chǎn)了CMOS圖像傳感器生產(chǎn)基地，明確宣布將CMOS傳感器作為今后發(fā)展重點,。2004年9月,，尼康發(fā)布了使用索尼研發(fā)的1000萬像素CMOS傳感器的頂級單反數(shù)碼相機D2X。2005年索尼發(fā)布了使用1000萬像素CMOS傳感器的數(shù)碼相機R1,。顯示了索尼在該領(lǐng)域所具備的的頂尖研發(fā)與生產(chǎn)實力,。 隨后索尼開始了小尺寸CMOS傳感器的研究，開發(fā)了1/3英寸的300萬像素CMOS傳感器,，并率先將其應(yīng)用到DV領(lǐng)域,，給了業(yè)界以極大震驚。自2005年3月以來,，索尼先后發(fā)布了6款應(yīng)用CMOS傳感器的DV機型,。 作為世界半導體巨頭的三星公司也投入了相當大的研發(fā)力量。從2005年下半年到2006年初,，三星相繼發(fā)表了多個不同型號CMOS感光元件,，在這一領(lǐng)域已經(jīng)取得相當大的成果。雖然目前還沒有三星開發(fā)DV用CMOS感光元件的消息,，但從近期發(fā)表的研究成果來看,，三星進入這一領(lǐng)域僅僅是時間問題。 2,、索尼先后發(fā)布了6款應(yīng)用CMOS傳感器的DV機型 自2005年3月以來,，索尼先后發(fā)布了6款應(yīng)用CMOS傳感器的DV機型，它們分別是： 2005年3發(fā)布的DCR-PC1000E,，它是索尼第一款采用CMOS傳感器技術(shù)的數(shù)碼攝像機,。 在2005年7月，索尼發(fā)布了采用CMOS傳感器的便攜式高清數(shù)碼攝像機HDR-HC1E,，這款HDV的推出將索尼在CMOS領(lǐng)域的嘗試推向了新的頂峰,，使HDV真正走向普及成為可能。不久索尼發(fā)布了采用同樣CMOS傳感器的HC1E的專業(yè)版機型HVR-A1C,。 在2006年3月,，索尼發(fā)布了采用經(jīng)過技術(shù)改進的“晶銳CearVID CMOS傳感器”的兩款DVD數(shù)碼攝像機DCR-DVD905/DCR-DVD505。 2006年5月,，索尼發(fā)布了采用“晶銳CearVID CMOS傳感器” 的便攜式高清數(shù)碼攝像機HDR-HC3E,。 從目前來看，索尼采用CMOS傳感器的6款DV，主要集中在中高端機型,，不過有一點應(yīng)該指出的是,，這些中高端機型已經(jīng)將過去同檔次機型的價位大大降低。相信隨著技術(shù)的進步和成本的進一步降低,，CMOS傳感器在中低端DV領(lǐng)域的普及不過是早晚的事,。 3、給HDV最有力的支持 隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術(shù)上的不斷突破,，業(yè)內(nèi)對CMOS的前景預(yù)測也越來越樂觀,。高清數(shù)字影像的普及更是CMOS技術(shù)發(fā)展的一個難得機遇。在索尼發(fā)布的三款便攜式民用高清DV中,，無一例外地都使用了1/3英寸的CMOS傳感器,。與CCD相比，CMOS的制造原理更加簡單,，體積更小,，功耗可以大大的降低。而且同樣尺寸的CCD要比CMOS貴很多,，這阻礙了HDV向普通大眾的普及,。對于普通大眾來說，價格昂貴,、體積過于龐大是很難被接受的,。 從索尼主打“CMOS+高清”的整體策略來看，未來的數(shù)碼攝像機將出現(xiàn)CCD和CMOS齊頭并進的態(tài)勢,，CCD獨唱的局面將一去不復(fù)返,。 二、CMOS與CCD傳感器深度解析 1,、傳統(tǒng)CCD和CMOS的比較 CCD和CMOS感光元件都采用感光二極管作為捕獲光線的部件,，感光二極管受到光線照射時會輸出電流，電流的強度則和光照的強度成正比,。但不同的是,，一個CCD感光單元除了感光二極管之外，只包括一個控制相鄰電荷的寄存器,。而CMOS感光單元的構(gòu)成則比較復(fù)雜,，除了感光二極管之外，還包括放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路,，這樣一個感光單元就包含了一個感光二極管和三個晶體管,。每個CCD或CMOS感光單元就是感光元件上的一個子像素。
HC1E上使用的CMOS傳感器 不過,，CCD和CMOS感光元件的工作原理并不相同,。在CCD中,，每個感光單元產(chǎn)生的電荷,，也就是模擬信號沿著同列的垂直寄存器逐次傳輸,，并逐次與下一個感光單元的信號結(jié)合，直到進入水平寄存器,，最終由輸出端經(jīng)過放大器的放大輸出,。這些模擬信號再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片處理之后，以二進制圖像矩陣的形式傳輸給專用的DSP芯片處理,。而在CMOS中,，單個單元就可以完成電信號的放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換工作，所得的數(shù)字信號合并后直接交給DSP芯片處理,。不同的結(jié)構(gòu)和工作原理使得CCD和CMOS這兩種感光元件各自擁有不同的特點,。 2、CCD和CMOS的優(yōu)缺點 由于CCD感光元件的單個感光單元結(jié)構(gòu)簡單,，因此在相同面積下,，CCD感光元件可以做得比CMOS更加精細，分辨率更高,；同時,，在感光單元中，感光二極管占有更大的面積,，所得圖像也比較艷麗,；此外，由于統(tǒng)一進行信號放大,，因此圖像的噪音小,。不過，CCD也有一些缺點,，首先是要使用專用的制造設(shè)備,，而且一個單元的損壞會造成整個列的失效，成品率低,，導致生產(chǎn)成本較高,；其次，CCD需要外加電壓才能使電荷流動,，并且不同的垂直寄存器需要的電壓不一樣,，要用專用的電源管理電路配合，功耗比同尺寸的CMOS高,；再次,，由于CCD感光元件本身無法和模/數(shù)轉(zhuǎn)換等周邊電路整合，因此整個模塊的小型化比較困難,。 CMOS感光元件可以利用標準的CMOS半導體芯片生產(chǎn)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn),，同時，它的每個感光單元都是獨立的，即使損壞也不會影響到其他單元,，因此生產(chǎn)成本低廉,；其次，由于每個單元獨立進行信號放大和模/數(shù)轉(zhuǎn)換,，因此不但功耗很低,，而且整個模塊的體積也更小。但是,，由于感光單元中更大的部分被放大器和模/數(shù)轉(zhuǎn)換單元占據(jù),，傳統(tǒng)CMOS元件的開口率很低，由此導致光利用效率差,，色彩也不夠艷麗,；此外，由于每個單元獨立輸出,，初始信號的放大率很難做到嚴格統(tǒng)一,，因此圖像的噪聲問題比較嚴重。 3,、不斷發(fā)展的CMOS新技術(shù) 首先是制造工藝的提升,。減小晶體管的尺寸，擴大感光單元的有效感光區(qū)域是提升CMOS感光元件開口率最直接的辦法,，這方面的代表技術(shù)是索尼的“精細處理技術(shù)”,。索尼的HDV-HC1使用的 1/3英寸300萬像素CMOS感光元件通過采用精細處理技術(shù)，減小了晶體管的尺寸,，成功地使靈敏度比普通CMOS提高了20%,，動態(tài)范圍提高了56%，噪音也進一步降低,。 降低噪聲技術(shù)——CMOS感光元件的噪聲來源有兩種：一是固定圖像噪聲,，指的是由于感光單元的放大器放大率不同而出現(xiàn)的噪聲；二是由于內(nèi)部電磁干擾產(chǎn)生的隨機噪聲,。降噪的方法一是在CMOS芯片內(nèi)部內(nèi)置降噪電路,，二是在DSP芯片中作降噪處理，其余還包括優(yōu)化CMOS感光元件的結(jié)構(gòu)等等,，佳能,、索尼等公司在數(shù)碼相機用CMOS感光元件和處理芯片中都已經(jīng)搭載了效果很好的降噪技術(shù)。 索尼在數(shù)碼攝像機的影像處理技術(shù)（也就是所謂的“算法”）上的改進也很重要,。索尼專門為CMOS感光芯片開發(fā)了“增強型影像處理器”,，使用了全新的算法，能夠很好地提升HDV影像的動態(tài)范圍,，表現(xiàn)影像的層次感,。 三,、采用CMOS傳感器的代表機型（一） 1、DCR-PC1000E——世界首款3CMOS攝像機 2005年3月的CES大展上,，索尼展示了自己的首款3CMOS數(shù)碼攝像機DCR-PC1000E,。該機采用了3塊1/6英寸的COMS傳感器。另外,，該機配備的高精度色彩處理系統(tǒng)保證了攝像機所拍攝的動態(tài)和靜態(tài)影像質(zhì)量，使色彩還原更加出色,。據(jù)索尼稱PC1000E可以獲得更好的影像質(zhì)量,，比一般單CCD的DV色彩還原要更準確，層次更豐富,。值得一提的是通過索尼獨特的像素位移技術(shù),，PC1000E可以生成280萬像素的靜態(tài)數(shù)碼照片，提供最大分辨率1920×1440像素的照片拍攝功能,。PC1000E配備了10倍光學變焦卡爾蔡司T*鏡頭,，光圈值為F1.8-2.4。另外,，該機裝載了一塊12.3萬像素2.7英寸寬屏觸控式液晶顯示屏,，可以在屏幕上進行圖像縮放和錄制操作，效果出色,。PC1000E支持4聲道立體聲音效記錄,，配合選配的環(huán)繞聲麥克風（ECM-HQP1）可以錄制具有完美表現(xiàn)的4聲道音效。
評價：從某種意義上說PC1000E還是一款“試驗機型”,，該機與索尼原來色彩鮮艷的風格有所不同,，色彩表現(xiàn)更傾向于真實自然，缺點是低照度下的噪波比較明顯,，這與它采用的傳感器尺寸比較小有關(guān)系?，F(xiàn)在看，索尼更傾向于使用單片,、大尺寸傳感器,，這種3塊1/6英寸的小尺寸傳感器的機型，不會是今后的重點,。 2,、HDR-HC1E HDR-HC1E配備了1/3英寸，300萬像素的CMOS影像感應(yīng)器,，結(jié)合索尼特別為CMOS影像感應(yīng)器所設(shè)計的強化型影像處理器,，實現(xiàn)了更寬廣的動態(tài)范圍。此外,，得益于這項技術(shù),，HC1E具有低耗電量的優(yōu)點,。
HC1E配備了10倍的光學變焦卡爾蔡司Vario-Sonnar T*鏡頭，使用了最先進的多層涂膜技術(shù),，能有效減少耀光和鬼影現(xiàn)象,，使攝錄畫質(zhì)色彩自然，畫面生動逼真,。 HC1E也是一臺具有靜像照片拍攝功能的高清數(shù)碼攝像機,，在靜像拍攝模式下，可拍攝具有更加完美細節(jié)和銳利的280萬像素的靜像照片,。 HC1E的用戶可自由選擇拍攝格式,，HDV1080i (16：9)格式，或標準的DV格式（16：9或4：3）以配合自己視聽環(huán)境,。以HDV1080i格式拍攝的影像,，可以直接在高清電視機上回放。HC1E全新的4聲道麥克風和新穎設(shè)計電路,，極大的增強了前端的立體聲錄音功能,，令HDR-HC1E錄制出清晰，生動的聲音效果,，并降低了噪音,。 評價：在PC1000E的基礎(chǔ)上，索尼對數(shù)字處理電路進行了改進,，使HC1E無論在色彩,，還是分辨率上都有了很大的改進，該機在影像品質(zhì)方面有不錯的表現(xiàn),。但是HC1E的最低照度仍然是7Lux,，CMOS感應(yīng)器的靈敏度仍然需要改進。把CMOS用于民用高清,，是索尼大膽的嘗試,，CMOS在成本方面的優(yōu)勢占了很重要的原因。 3,、索尼HVR-A1C A1C是HC1E的升級版,。A1C配備了一塊1/3英寸、297萬像素的新型CMOS影像感應(yīng)器,，實現(xiàn)了更寬廣的動態(tài)范圍記錄,。在拍攝HDV格式時有效像素可達到198萬，.結(jié)合特別為CMOS所設(shè)計的強化型影像處理器,， 使拍攝出來的影象更加清晰,。
A1C采用了口徑37mm的高精確卡爾蔡司Vario-Sonnar T*鍍膜鏡頭，可做10倍光學變焦以及120倍的數(shù)碼變焦,。此鏡頭采用了先進的多層表面T*鍍膜涂層,，有效減少了約52%不必要的耀光和鬼影現(xiàn)象,。 A1C采用全新的HDV格式—HDV 1080i標準，可以拍攝并重放1080i HD信號,，同時兼容索尼DVCAM產(chǎn)品具有的HDV/DVCAM/DV(SP)格式的錄制及重放,。另外A1C使用了“HD解碼引擎”，采用了實時MPEG編碼/decoding系統(tǒng),，能實時處理高質(zhì)量和高效率的視頻信號,。A1C手動功能相當豐富，可以進行手動曝光,、手動對焦,、定點對焦、點測光,、手動白平衡等設(shè)置,。這些我們均能夠通過LCD屏幕上的觸摸按鍵來操作,。A1C采用了一塊12.3萬像,，2.7寸大的混合式LCD，并具備輕觸式功能,。 評價：A1C針對HC1E存在的一些問題,，又進行了改進，從影像品質(zhì)來看,，已經(jīng)趨向于完美,。該機可以適應(yīng)更多的拍攝環(huán)境，擴展能力更強,。 四,、采用CMOS傳感器的代表機型（二） 4、索尼 HC3E HC3E采用了1/3英寸Clear-vid CMOS傳感器,，靜態(tài)像素400萬,，可以在拍攝1080i高清晰視頻圖像。HDR-HC3E體積僅有82×139×78mm,，比2005年步入市場的HDR-HC1E縮小了26%,，同時增加了高清晰電視及其他產(chǎn)品的主流接口HDMI。擁有卡爾·蔡司Vario Sonnar T* 10倍光學變焦鏡頭,，配合光學變焦可以達到80倍,，口徑30mm。同時,，索尼在HC3E上引入了Easy Handycam按鍵,，舍棄了HC1配備的麥克風輸入接口，拋棄了手動快門速度控制及color bar（彩條）與shot transition（專業(yè)的換景效果）功能等,。
評價：HC3E是索尼公司第三代便攜式民用高清攝像機,，相對于前者來說,，索尼的技術(shù)人員通過壓縮鏡頭的尺寸和將機器內(nèi)3塊芯片整合成一個，從而減小了機器的尺寸,，HC3在尺寸上比HC1縮小了26%左右,，重為500g，與普通的家用DV已經(jīng)沒有太大的區(qū)別,。另外,，HC3的價格也更加便宜。體積更小,、價格更加便宜,，這兩點會加速便攜式民用高清攝像機的迅速普及，其中CMOS傳感器的功勞不可抹殺,。此外Clear-vid CMOS的性能比前代更加優(yōu)越,。 5、索尼 DVD905E DCR-DVD905E是索尼新推出的DVD攝像機旗艦機型,，采用了1/3英寸晶銳ClearVid CMOS傳感器,，能拍攝最高400萬像素的靜態(tài)照片。晶銳CMOS傳感器具有更高的動態(tài)范圍,，更低的噪點,，并有效減少拖尾現(xiàn)象，同時還具有超高速數(shù)據(jù)讀取和低功耗的特點,。DCR-DVD905E配備了新的增強型影像處理器和30mm大口徑10倍光學變焦蔡司Sonnar T*鏡頭,。為了達到更好的取景效果，DCR-DVD905E使用了21.1萬像素的3.5英寸的超級晶彩屏,。DCR-DVD905E還具備 “平穩(wěn)緩慢拍攝”功能,。DCR-DVD905E具備雙重錄制功能，帶有記憶棒插槽,，在拍攝動態(tài)視頻的同時可以拍攝高分辨率靜態(tài)照片,，并且都兼容PictBridge打印協(xié)議。支持DVD-R,、DVD-RW和DVD+RW制式的8cm DVD光盤,。
評價：把CMOS傳感器引入DVD攝像機領(lǐng)域，是索尼既定的戰(zhàn)略,。不過DVD905E的實際靜態(tài)像素為200萬,，400萬像素是插值的結(jié)果。 |
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來自： 百眼通 > 《02信息的編碼-100》
