CCD傳感器與
CMOS傳感器兩者在結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)上均不盡相同，在此我將兩者作一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，使廣大讀者對(duì)CCD和CMOS能有一個(gè)比較初步的認(rèn)識(shí)。
CCD和CMOS傳感器是目前最常見(jiàn)的數(shù)字圖像傳感器，廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、照相手機(jī)和攝像頭等產(chǎn)品上。兩者在結(jié)構(gòu)、性能和技術(shù)上均不盡相同，在此我將兩者作一個(gè)簡(jiǎn)單的比較，使廣大讀者對(duì)CCD和CMOS能有一個(gè)比較初步的認(rèn)識(shí)，在選購(gòu)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)也能做到心中有數(shù)。
CCD與CMOS傳感器的結(jié)構(gòu)比較
CCD（Charge Coupled Device），即“電荷耦合器件”，是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，但CCD沒(méi)有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒(méi)有能力永久保存，所有圖形數(shù)據(jù)都會(huì)不停留地送入一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，一個(gè)信號(hào)處理器以及一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備。1970美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了CCD。二十年后，人們利用這一技術(shù)制造了數(shù)碼相機(jī)，將影像處理行業(yè)推進(jìn)到一個(gè)全新領(lǐng)域。 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的感光傳感器，其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢(mèng)寐以求的。
從四大方面分析CCD傳感器與CMOS傳感器的優(yōu)劣
CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別主要是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱為金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，都是利用感光二極管（photodiode）進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換的原理與太陽(yáng)能電子計(jì)算機(jī)的太陽(yáng)能電池效應(yīng)相近，光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng)；反之，光線越弱、電力也越弱。根據(jù)此原理將圖像轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而其主要差異是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳送的方式不同。
比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）的位置和數(shù)量是最大的不同。CCD每曝光一次，在快門(mén)關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素的電荷信號(hào)依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD邊緣的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出；而CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁邊都直接連著ADC，電荷信號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。造成這種差異的原因在于CCD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時(shí)不會(huì)失真，因此各個(gè)像素的數(shù)據(jù)可匯聚至邊緣再進(jìn)行放大處理；而CMOS工藝的數(shù)據(jù)在傳送距離較長(zhǎng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個(gè)像素的數(shù)據(jù)。
CCD與CMOS傳感器的技術(shù)比較
CCD存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜而且速度較慢。而CMOS傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度也比CCD快很多。CCD制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對(duì)CMOS有一定優(yōu)勢(shì)。由于CMOS集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS很長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法投入實(shí)用。近幾年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，CMOS的性能已經(jīng)與CCD相差無(wú)幾了。
CCD與CMOS傳感器的性能比較
ISO感光度：由于CMOS每個(gè)像素由四個(gè)晶體管與一個(gè)感光二極管構(gòu)成，還包含了放大器與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，過(guò)多的額外設(shè)備縮小了單一像素感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣的尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。
分辨率：由于CMOS傳感器的每個(gè)像素都比CCD傳感器復(fù)雜，其像素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)我們比較相同尺寸的CCD與CMOS時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器。
噪點(diǎn)：由于CMOS每個(gè)感光二極管都需搭配一個(gè)放大器，如果以百萬(wàn)像素計(jì)，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致，因此與只有一個(gè)放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪點(diǎn)就會(huì)增加很多，影響圖像品質(zhì)。
從四大方面分析CCD傳感器與CMOS傳感器的優(yōu)劣
耗電量：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；而CCD傳感器為被動(dòng)式采集，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12~18V，因此CCD還必須有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD的耗電量遠(yuǎn)高于CMOS。CMOS的耗電量?jī)H為CCD的1/8到1/10。
成本：由于CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路（如AGC、CDS、Timing generator或DSP等）集成到傳感器芯片中，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本；而CCD采用電荷傳遞的方式傳送數(shù)據(jù)，只要其中有一個(gè)像素不能運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致一整排的數(shù)據(jù)不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經(jīng)驗(yàn)的廠商也很難在產(chǎn)品問(wèn)世的半年內(nèi)突破50%的水平，因此，CCD
傳感器的制造成本會(huì)高于CMOS傳感器。
CCD與CMOS傳感器的前景
CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，而CMOS則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。不過(guò)，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異將逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進(jìn)的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來(lái)更加美好的數(shù)碼影像世界。
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