CMOS 與 BSI CMOS 與堆疊式 CMOS：相機感光元件差異

CMOS、BSI CMOS 和堆疊式 CMOS 感測器常用於智慧型手機、數位相機和專業相機系統。每種感測器類型在影像品質、低光性能、速度和錄影方面都有不同的優勢。本文解釋了這些影像感測器的工作原理、它們的主要差異以及它們的常用場合。

目錄

圖 1：CMOS 感測器

CMOS、BSI CMOS 和堆疊式 CMOS 感測器說明

CMOS感測器

CMOS 感光元件是當今數位相機和智慧型手機中最常用的影像感測器類型。CMOS 代表互補金屬氧化物半導體。這些感測器之所以受歡迎，是因為它們比舊的 CCD 感測器速度快、節能且生產成本低。CMOS 感測器廣泛應用於智慧型手機、無反光鏡相機、網路攝影機和安全攝像頭，因為它們以較低的成本提供良好的影像品質。

BSI CMOS 感測器

BSI CMOS 代表背面照明 CMOS。它是標準 CMOS 感測器的改進版本，旨在捕捉更多光線並提高影像品質。BSI CMOS 感光元件對於智慧型手機相機特別有用，因為它們有助於產生更明亮的影像、更好的低光照片和更少的影像雜訊。由於這些優點，索尼和三星等公司的許多現代設備都使用 BSI CMOS 技術。

堆疊式 CMOS 感測器

堆疊式 CMOS 感測器是一種更先進的 CMOS 感測器，旨在提高相機性能。這些感測器處理影像資料的速度比標準 CMOS 和 BSI CMOS 感測器快得多，因此可用於高速攝影和進階錄影。堆疊式 CMOS 感光元件通常用於佳能和尼康等品牌的旗艦智慧型手機和專業相機，因為它們支援更快的自動對焦和更流暢的影片拍攝等功能。

CMOS 影像感測器的工作原理

CMOS 影像感測器的工作原理是捕捉光線並將其轉換為數位影像。當光線進入相機鏡頭時，它會到達數百萬個稱為光電二極體的微小像素，這些像素會偵測光線並將其轉換為電訊號。然後，相機處理器將這些訊號轉換為具有顏色和細節的照片或影片。由於每個像素獨立工作，CMOS影像感測器可以快速處理影像，使其廣泛應用於智慧型手機、數位相機和安全攝影機。

CMOS 與 CCD 感測器：有什麼區別

圖 2：CMOS 與 CCD 感測器

特點	互補金屬氧化物半導體 感測器	CCD 感測器
滿 名稱	互補 金屬氧化物半導體	電荷耦合 裝置
圖片 加工	流程 快速取得影像數據	流程 影像資料速度較慢
電源 消費	更低的功率 消費	更高功率 消費
製造 成本	便宜到 生產	更多 製造成本昂貴
圖片 品質	現代CMOS 提供高影像質量	以低著稱 雜訊和良好的影像質量
速度	更快 讀數和自動對焦	較慢 表現
影片 能力	支援4K 和8K錄影	有限公司 高速視訊能力
常見 用途	智慧型手機， 單眼相機、無反光鏡相機、安全相機	科學的 成像和老式數位相機
人氣 今天	廣泛使用 在現代設備中	大多數使用 在專業應用中

為什麼 BSI CMOS 感光元件在低光源條件下表現更好

BSI CMOS 感測器在低光照條件下表現更好，因為它們可以比標準 CMOS 感測器捕捉更多的光。在常規 CMOS 感光元件中，一些入射光被像素上方的佈線層阻擋，而 BSI CMOS 感光元件將佈線放置在像素後面，以便更多的光可以直接到達感光區域。這提高了影像亮度，降低了影像噪聲，有助於在黑暗環境中產生更清晰的照片，使得 BSI CMOS 技術廣泛應用於現代智慧型手機相機和數位相機。

為什麼堆疊式 CMOS 感測器速度更快

堆疊式 CMOS 感測器速度更快，因為它們採用分層感測器設計，將影像擷取和訊號處理分為不同的層。這種結構使感測器能夠比標準 CMOS 和 BSI CMOS 感測器更快地傳輸和處理影像資料。更快的數據處理速度透過支援高速連拍、更快的自動對焦、更流暢的慢動作影片和更高幀率的錄影來提高相機性能。堆疊式 CMOS 感測器還可以減少捲簾快門失真，因為感測器可以在快速移動過程中更有效地讀取影像資料。由於這些優點，堆疊式 CMOS 技術被廣泛應用於索尼、佳能、尼康等公司的旗艦智慧型手機和專業相機。

CMOS 感測器中的捲簾快門與全域快門

特點	捲動 快門	全球 快門
影像捕捉 方法	捕獲 逐行影像	捕獲 一次完整的圖像
運動 失真度	更多 快速移動時明顯	極大 減少或消除
影像品質 運動期間	對象可能 顯得彎曲或拉伸	搬家 物體看起來更準確
感測器 讀出速度	較慢	更快 同步捕獲
常見 用途	智慧型手機， 無反光鏡相機、單眼相機	工業 相機、機器視覺、高速成像
製造 成本	較低	更高
人氣	更廣泛 使用過的	大多數使用 在專業應用中
影片 效能	可以展示 捲簾快門效果	更適合 快動作錄影

CMOS 與 BSI CMOS 與堆疊 CMOS：主要差異

圖 3：CMOS 與 BSI CMOS 與堆疊式 CMOS 感測器的比較

特點	互補金屬氧化物半導體	英國標準協會 互補金屬氧化物半導體	堆疊式 互補金屬氧化物半導體
感測器 結構	標準型 前照式設計	背照式 設計	多層 堆疊設計
光 靈敏度	好	更好	優秀
弱光 效能	中等	改進	優秀
圖片 噪音	較高於 黑暗的場景	下圖 噪音	下圖 噪音
加工 速度	快	更快	最快
自動對焦 效能	標準型	改進	進階 高速自動對焦
爆發 射擊	有限公司	更好	優秀
影片 錄音	標準型 視訊表演	改進 視訊品質	支援 高速和慢動作視頻
捲動 快門效果	更多 引人注目的	減少	極大 減少
成本	較低	中等	更高
常見 用途	預算 智慧型手機和相機	現代 智慧型手機和無反光鏡相機	旗艦 智慧型手機和專業相機

CMOS、BSI CMOS 和堆疊 CMOS 感測器的實際應用

CMOS感測器

• 智慧型手機和便宜數位相機 — 之所以常用，是因為 CMOS 感測器能夠以較低的製造成本提供良好的影像品質。

• 安全和監視器 — 由於功耗低且影像處理速度快，用於連續視訊監控。

• 網路攝影機和筆記型電腦 — 憑藉高效的影像捕捉效能，幫助支援視訊通話和線上會議。

• 車載攝影機 — 用於停車攝影機和駕駛員輔助系統中進行即時成像。

BSI CMOS 感測器

• 智慧型手機相機 — 提升低光攝影、夜間模式影像和 HDR 照片品質。

• 無反光鏡和數位單眼相機 — 有助於在黑暗環境中產生更明亮的影像，同時降低影像雜訊。

• 安全攝影機 — 增強夜間監控和室內影像清晰度。

• 輕巧數位相機 — 提高便攜式相機系統中的影像亮度和細節。

堆疊式 CMOS 感測器

• 旗艦智慧型手機 — 支援更快的自動對焦、更流暢的慢動作影片和高速影像處理。

• 專業無反光鏡相機 — 提高連拍速度並減少運動攝影時的滾動快門效果。

• 高速攝影機 — 實現更快的感測器讀數，以實現進階錄影和動作捕捉。

• 工業和機器視覺系統 — 幫助自動化、機器人和檢測系統快速處理影像資料。

結論

CMOS、BSI CMOS 和堆疊式 CMOS 感測器在現代相機技術中各有不同的優勢。標準 CMOS 感測器經濟實惠且高效，BSI CMOS 感測器可提高低光影像質量，而堆疊式 CMOS 感測器可提供更快的效能和更好的視訊功能。這些感測器技術廣泛應用於智慧型手機、數位相機和許多現代影像設備。