CMOS真的差吗？

leotao

摘自CononFans

独独蛇 (发表时间 2003-10-21 01:26)
因为这是在佳能。所以我就先从佳能的DC谈起。
先说说佳能的CMOS技术，先说明一下，该技术到现在也只有佳能掌握着，无人能做出一样的产品来。
但佳能一开始是想用CMOS来做高端DC。不是！因为佳能的竞争对手们（索尼、柯达、尼康等等）联合拒绝给佳能提供高端CCD。佳能一发狠发展CMOS去了。
好了，现在言归正传。
CMOS图像传感器在发展之初因为效果太差而被定位在低端，不过佳能在2001年推出EOS D30就使用了CMOS，当时业内人士对此感到不可思议，他们认为CMOS的成像质量不可能满足专业用户的苛刻要求，所以这款产品没有创造多好的市场业绩，但它成功的改变了人们对CMOS技术的印象！此后佳能继续在CMOS领域作深入的研究终于获得了重大成果，D60、10D、及最新的300D都是600万的CMOS芯片。（为什么一直都在600万呢？下面会告诉大家）
为了让大家知道为什么CMOS技术原来只能用在低端？我先介绍一下CMOS芯片技术。
CMOS为互补金属氧化物半导体，多用于微处理器、闪存（DC玩家们，你们DC里那此CF、SM卡。可都是CMOS做出来的哦）等集成电路。当然CMOS也能用于图像传感器。但它与CCD图像传感器存在一些差别。而这些差别使它很难和CCD对比，但佳能做到了！到现在也只有它做到了（我爱你！佳能）！
CCD的基本感光元件为一个感光二极管和一个邻近电荷的存储区组成，结构较为简单。而CMOS由一个光电二极管、一个电荷／电压转换区、一个重置／选取的晶体管再加一个信号放大器组成，复杂吧！（但CMOS却是最好做出来的，我都没明白为什么？晕！）
在感光成像方面（这只的感光只是指光的强弱，色彩却是另一回事）都是光信号转成电信号，所以没什么不同。
色彩表现方式是CMOS与单片CCD（注意CCD色彩成像分单片和三片）一样，四个CMOS像素组成一个色彩像素。红、绿、蓝信号捕获率之比也一样：1：2：1。
两者不同之处在于信号的放大和传递上。这里比较难懂，我大概说一下：CCD采到信号后是从最底端输出（说明一点，CCD和CMOS一样都是分三层。具体的下篇我会提到）然后数据由外围的放大器统一放大。所以信号的失真就很小很小。而CMOS它在感光点上就开始放大信号了（前面我提过CMOS的组成它每一个感光点就有一放大器）放大后再收集到一堆，想想吧，谁能让600万X3或4的CMOS感光像素的每一个放大器的放大率都一样呢？所以在信号汇总后因为各个点的放大信号不一样，就产生了严重的失真。因为这是CMOS技术的先天缺陷，所以只能在后天去补了。正是这个先天缺陷CMOS在最终成像方面，如：灵敏度、有效感光面积、分辨率方面就与CCD存在较大差距。这也是为什么柯达的CCD有1600万大尺寸的产品。这也是佳能为什么在三代机型种用的都是同尺寸同像素的CMOS。不过佳能在专业相机领域一向拥有极强的实力，所以它有了1000万以上像率的产品。但别指望它能象300D一样便宜，因为CMOS先天的原因，1Ds所用的CMOS并不好造。
噪点较多是CMOS致命的缺陷。
但CMOS生产工艺非常成熟、成本比CCD低太多，而且很轻松的做出高集成度的产品。所以佳能能做出300D这种只要一片集成电路一块板子的高集成低成本产品。而为什么高端CCD产品这么贵吗？就是因为生产工艺不成熟，成品率偏低，集成度不高。还没有哪个使用CCD的厂家都在一块板子上做出DC来。
可就是让人觉得这么差的CMOS技术，佳能却在2002年推出了D60
，其成像品质出类拨萃！这时再谈CMOS不如CCD那就是一种偏见了！
2003年D60升级版10D发布。CMOS没变，变的是更强大的DIGIC图像处理器！这款产品成了真正有实力和采用CCD技术竞争的产品。
300D的出现是把CMOS廉价、高集成度的优点发挥到极至。（所以有色友说300D集成度太高，坏了就麻烦了。但集成度高是CMOS技术的优点。不然你怎以可能买到这么便宜的产品呢？）
而佳能用什么方法把CMOS变成这么好的产品呢？因为CCD联合的原故，佳能打死没有向外界披露一点它在CMOS图像传感器方面的技术优势，我也没办法向大家解释。看来未来很长时间内高端CMOS上，我们只有佳能的产品。没得选。

好！佳能说完了。下篇我将向大家说说现在DC上真正的主流，也是未来的主流。CCD图像传感器！
下篇：真实的谎言。CCD图像传感器与银盐胶片。

希望大家回贴！！！发表看法。

雪峰 (发表时间 2003-10-21 11:50)
NIKON的D2H、柯达的14n都是CMOS.

bjzhou (发表时间 2003-10-21 12:08)
我的印象是CMOS比CCD有很多优点（比如读取速度等），但是信噪比低，所以以前在高端DC中一直没有得到应用，是佳能率先解决了这个问题

飞球面痉片 (发表时间 2003-10-21 12:08)
该文有似曾相识的感觉
第20期微型计算机也有篇类似的文章，讲的是DC的图象传感器~:(

tony902 (发表时间 2003-10-21 15:43)
独独蛇：不懂不要想当然的乱说，都是从杂志和网上看来的吧？专业知识不是这样就“创造”出来的！要对摄友负责。ok!

独独蛇 (发表时间 2003-10-21 20:11)
先声明,我和大家一样只是一个摄影爱好者不是技术人员.所以我所得到的资料也是从书上,网上得来的.所以可能和大家看到的其它东西相同.

为什么发此文,因为我是觉得好多文章在说CD的时候说得很专业,有些朋友可能不是太明白,我想我也许能说得更好懂一些.所以才写的.

因为所有的资料来源并不是我自已的，所以只是在这里给才入门的朋友们看看,让大家明白自已喜爱的DC是怎么回事。

tony902 (发表时间 2003-10-21 20:54)
我没有别的意思,只是想提醒独独蛇注意说述专业知识的语气问题,我们必须以严谨的态度来对待,不完全了解的时候最好不要妄加评论,做到:只描述技术,不阐述观点.因为你的了解不一定正确,就更不用说全面了. 现在我如果说西安市就有能制造CMOS感光芯片的工厂你相信吗?

桑丘 (发表时间 2003-10-22 11:48)
"就是CCD到了大尺寸也遇到了技术问题，目前量产的也只有SONY的800万。"

量产的CCD目前可以买的到的是2200万像素，柯达和Dalsa都有生产，800万像素的不但Sony可以生产，Atmel也可以生产。当然从生产能力和成本控制方面Sony的确是最厉害的。

桑丘 (发表时间 2003-10-22 12:43)
CMOS器件最大的问题是固定模式噪声（Fixed Pattern Noise)，消除固定模式噪声的办法并不复杂，只要对每个像素的输出进行校正就可以了，这个过程可以在芯片上实现，对于后期处理则需要专门的信号处理器，佳能的Digic就是实现这个功能的。其中并没有多么神秘的东西，但是应当有许多诀窍在里面。

lchsye2 (发表时间 2003-10-23 01:17)
其实佳能在CCD上也有不少专利，他本身也是CCD研究的领导厂商，至于用CMOS，而不用CCD，更多的是商业上的考虑，不是什么CCD联盟拒绝佳能。而且所谓的CCD联盟中柯达和尼康也算不上中坚力量，他两家在CCD的研究和生产上还比不上东芝。而且佳能在CMOS上的研究和应用也不是一两天的事。从EOS3和1V的对焦组件开始，到现在其阵下主流数码单反的成像器件，CMOS的应用是依托佳能近十多年来在研发上的投入（他家每年申请的专利在美国已近十多年连续排在前三位）。

蓝色射线 (发表时间 2003-10-23 10:32)
大片幅上COMS的优势已经不言而喻，不过佳能自己也承认，在小片幅感光器件上CCD依然优于COMS。这也是为什么佳能只把COMS应用到单反机的原因。