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MCCD與CCD、CMOS技術之間的制衡

 “平安城市”是近期中國安防業發展的重要推動力，2011年起在全國范圍內推行，預計“十二五”內將帶動2400萬個攝像頭.約合1200億元左右的行業產值。視頻監控系統國內市場發展潛力巨大，預計到“十二五”末，國內監控攝像機的每千人擁有量將達到25臺，同時考慮設備更新、出口產值增加的因素，預計2015年視頻監控設備產值將超過1100億元，CAGR(復合年均增長率)達到23%。
攝像機作為監控領域前端設備的排頭兵，未來的發展前景十分廣闊，而作為攝像機核心部件的芯片，其一舉一動都牽動著整個行業的神經。隨著安防行業的需求越來越明確，已有越來越多的芯片廠家開始關注并主動去推廣安防這個潛力巨大的市場，安防芯片市場有望成為繼工業自動化、消費電子等領域之后一個新的利潤聚焦點。然而，在中國這個全民缺失自主產權的核心芯片技術的時代，安防芯片的國產化和產業化同樣成為中國安防企業搶占技術高地的掣肘。

MCCD

1.MCCD簡介

從圖像傳感器的制作工藝上分，目前只有兩種工藝：一種是CCD，另一種是CMOS。CCD是集成在半導體單晶硅材料上，而CMOS是集成在互補金屬氧化物半導體材料上。

從圖像傳感器的架構上分：CCD的曝光由XSG1、XSG2及XSUB控制，讀出由XH1、XH2、XV1、XV2、XV3、XV4控制，這些信號都來自DSP，因此CCD是被動器件;而CMOS的曝光及讀出，都來自于芯片內部的時基生成模塊，因此CMOS是主動器件。

從彩色德光陣列來看，一般的CCD使用互補色CMYG的德光陣列，而CMOS使用原色RGB的濾光陣列。CMYG陣列對光線的衰減少，但是色彩還原時不如RGB的陣列豐富，因此更加適合于對光靈敏度要求高的安防行業。

MCCD既不是CMOS又不是CCD，它汲取了CMOS與CCD的特點，將圖像傳感器像素的靈敏度及面質推上了一個更高的臺階。

MCCO使用CMYG互補色濾光陣列，具有如CCD一樣的畫質，比CCD高的可見光靈敏度及超高的紅外光靈敏度、更大的動態范圍。MCCD使用與CCD兼容的曝光、讀出控制方式(使用XSUB、XSG1、XH1、XH2、XV2、XV4信號)，因此MCCO是與CCO相同的被動器件。MCCD又利用CMOS工藝集成度高的特點，將先進的圖像信號處理器及AFE的功能集成到芯片中，有效提高了圖像質量。

2.MCCD技術特點

從圖3中可明確看出MCCO與CCD應用電路之間的區別主要有以下兩方面：

(1)MCCD集成了AFE，可直接輸出量化后的數字圖像信號;

(2)MCCD使用CMOSI藝，無需CCD的高壓驅動，因此除了省去高壓驅動芯片以外;電源的設計也相對簡化了，PCB上能有更加干凈的電源。

此外;MCCD除了具有和主流監控圖像傳感器CCD相同的數據輸出接口(可以直接和CCD配套的DSP接口)之外，還具備更高的可見光及近紅外靈敏度，低照度下的信噪比也更為優良，特別適用于“平安城市”全天候監控，室外中遠距離大范圍的夜視監控和高端無紅暴、需要940NM波長紅外燈補充的專業監控攝像機系統。

在技術基礎方面，MCCD具有以下特點：

(1)高性能的像素設計，高靈敏度的像素設計是成就MCCD的堅實基礎。

(2)高速并行技術，幀速每秒可超2000幀。

(3)高速紅外三維影像捕捉，全球的全局結合滾動高這曝光模式。

(4)獨有防蒙塵技術，能夠消除50%以上的圖像固形噪聲，提高畫面品質。

MCCD的研制成功，標志著中國的安防監控行業在高端監控攝像機前端設備核心技術上取得重要突破，使我國高端主流監控攝像機的制造業有了質的飛躍，也讓中國安防監控業在擺脫日美等國家在市場和技術上的壟斷道路上邁出了重要的一步。

綜上所述，MCCD是使用CMOS工藝制造的具備CCD畫質、兼容CCD讀出格式及讀出方式的新一代圖像傳感器，它具有完全自主知識產權.超高的紅外靈敏度、優異的夜視效果及更好的動態范圍，將逐漸走向市場，接受市場洗禮和挑戰。

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CCD與CMOS技術

1.CCD技術

CCD的英文全稱是Charge-coupledDevice，中文全稱是電行耦合元件，通常稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數字信號，CCD上植入的微小光敏物質稱作像素(Pixel)，一塊CCO上包含的像素數越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉換成數字信號，CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉變成數字信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電行轉給它相鄰的電容。

CCD圖像傳感器可直接將光學信號轉換為模擬電流信號，電流信號經過放大和模數轉換，實現圖像的獲取.存儲、傳輸.處理和重現，如圖1所示。CCO圖像傳感器具有如下特點：(1)體積小重量輕，(2)功耗小，工作電壓低;抗沖擊與震動，性能穩定，壽命長;(3)靈敏度高，噪聲低，動態范圍大;(4｝響應速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像;(5)應用超大規模集成電路工藝技術生產，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產成本低。CCD傳感器的特點在于因為有著更大的感光元件，而帶來更加強勁的低照度能力。因此，雖然大家在高清中對于CMOS更加的期待，不過在一些樓梯間，地下車場或者夜視監控等環境的工作中，CCD顯然還要比CMOS有著更加出色的發揮。

CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD通常將CCD內部電極分成數組，每組稱為一相，并施加同樣的時鐘脈沖。所需相數由CCD芯片內部結構決定，結構相異的CCD可滿足不同場合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區是MOS電容或光敏二極營結構，生產工藝相對較簡單。它由光敏區陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實現實時控制;但獲取信息量小，不能處理復雜的圖像。面陣CCD的結構要復雜得多，它由很多光敏區排列成一個方陣，并以一定的形式連接成一個器件，獲取信息量大，能處理復雜的圖像。

自CCD問世四十年來，CCD器件及其應用技術的研究取得了驚人的進展，特別是在圖像傳感和非接觸測量領域的發展更為迅速。隨著CCD技術和理論的不斷發展，CCD技術應用的廣度與深度必將越來越大。CCD是使用一種高感光度的半導體材料集成，它能夠根據照射在其面上的光纜產生相應的電行信號，在通過模數轉換器芯片轉換成“0”或“1”的數字信號，這種數字信號經過壓縮和程序排列后，可由閃速存儲器或硬盤卡保存即收光信號轉換成計算機能識別的電子圖像信號，可對被測物體進行準確的測量、分析。
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2、CMOS技術

CMOS(CompementaryMetalOxideSemiconductor)指互補金屬氧化物半導體，是電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數字集成電路的基本單元。在數字影像領域，CMOS作為一種低成本的感光元件技術被發展出來，市面上常見的數碼產品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端攝像頭產品，而通常高端攝像頭都是CCD感光元件。

CMOS制造工藝被應用于制作數碼影像器材的感光元件，是將純粹邏輯運算的功能轉變成接收外界光線后轉化為電能，再造過芯片上的模一數轉換器(ADC)將獲得的影像訊號轉變為數字信號輸出。CMOS與CCD主要有以下不同：

(1)成像過程

CCD與CMOS圖像傳感器光電轉換的原理相同，他們主要的差別在于信號的讀出過程不同;由于CCD僅有一個(或少數幾個)輸出節點統一讀出，其信號輸出的一致性非常好;而CMOS芯片中，每個像素都有各自的信號放大器，各自進行電行一電壓的轉換，其信號輸出的一致性較差。但是CCD為了讀出整幅圖像信號，要求輸出放大器的信號帶寬較寬，而在CMOS芯片中，每個像元中的放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗，這就是CMOS芯片功耗比CCO要低的主要原因。盡管降低了功耗，但是數以百萬的放大器的不一致性卻帶來了更高的固定噪聲，這又是CMOS對CCD的固有劣勢。

(2)集成性

從制造工藝的角度看，CCD中電路和器件是集成在半導體單晶材料商，工藝較復雜，世界上只有少數幾家廠商能夠生產CCD晶元，如DALSA.SONY、松下等。CCD僅能輸出模擬電信號，需要后續的地址譯碼器、模擬轉換器、圖像信號處理器處理，并且還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路，集成度非常低。而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的版單體材料上，這種工藝與生產數以萬計的計算機芯片和存儲設備等半導體集成電路的工藝相同，因此聲場CMOS的成本相對CCD低很多。同時CMOS芯片能將圖像信號放大器、信號讀取電路、A/D轉換電路、圖像信號處理器及控制器等集成到一塊芯片上，只需一塊芯片就可以實現相機的所有基本功能，集成度很高，芯片級相權概念就是從這產生的。隨著CMOS成像技術的不斷發展，有越來越多的公司可以提供高品質的CMOS成像芯片，包括：Micron、CMOSIS、Cypress等。

(3)速度

CCD采用逐個光敏輸出，只能按照規定的程序輸出，速度較慢。CMOS有多個電荷一電壓轉換器和行列開關控制，讀出速度快很多，大部分500fps以上的高速相機都是CMOS相機。此外CMOS的地址選通開關可以隨機采樣，實現子窗口輸出，在僅輸出于商口圖像時可以獲得更高的速度。

(4)噪聲

CCD技術發展較早，比較成熟，采用PN結或二氧化硅隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優勢。由于CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大。隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展，為生產高密度優質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件