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数码相机CCD传感器和CMOS传感器的区别数码相机的成像器件主要分为两类： CCD英文Charge Couple Device的缩写，中文名称“电荷耦合器件”。 CMOS英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写，中文名称为“互补金属氧化物半导体”。 CCD是目前主流的成像器件，主要分为： （1）R-G-B原色CCD：这是数码相机上应用的最多的CCD。 （2）C-Y-G-M补色CCD：早些时候尼康部分数码相机使用过这种补色CCD。 （3）R-G-B-E四色CCD：这是索尼最新发布的CCD，它比RGB原色CCD多出一个E（Emerale,翠绿）的颜色。 （4）Super CCD：是曰本富士公司的专利技术，中文名称为超级CCD，由CCD演变而成，目前已经发展到第4代。 3）CMOS：作为数码相机成像器件出现的时间并不长，但发展却非常迅速，大有与CCD分庭抗争之势，其基本结构中的像素排列方式与R-G-B原色CCD并没有本质差别。佳能是CMOS阵营的主要支持者。 CCD技术成熟，成像质量好，毕竟它是现在应用的最广泛的成像元件，但它也有其缺点： 1） 耗电量大。早期的数码相机有“电老虎”的“美誉”，主要原因之一便来自CCD。虽然现在采用低温多晶硅显示屏等低能耗的部件在一定程度上降低了相机的功率，但CCD依然是数码相机的耗电大户CCD从数码相机一开机便随时保持着工作状态，更是无谓地消耗大量的电能。 2） 工艺复杂，成本较高。CCD复杂的结构决定了它制造工艺的复杂性，因而到目前为止，CCD还只有为数不多的几家电子产业巨头能生产。 3） 像素提升难度大。CCD前两个缺点也直接导致了这一个缺点，CCD像素提升无非是通过两个途径：第一，保持感光元件单位面积不变而增大CCD面积，在大面积CCD上集成更多的感光元件。但是这种方式会导致CCD成品率降低，制造成本更高，功耗更大，在民用领域这是不现实的；第二，缩小感光元件单位面积，在现有水平的CCD面积上集成更多感光元件。但是这种方法会减少感光元件的单位感光面积，降低CCD整体的灵敏度和动态范围，影响画质。 CMOS在最近几年的发展速度相当不错，大有与CCD分庭抗争之势就连目前最顶级的DSLR（单镜头反光数码相机）柯达（Kodak）DCS 14n与佳能(Canon) EOS 1Ds均是采用CMOS成像。 相比CCD，CMOS有两个最突出的优点： 1） 价格低廉，制造工艺简单。CMOS可以利用普通半导体生产线进行生产，不象CCD那样要求特殊的生产工艺，所以制造成本低得多。而且CMOS尺寸与成品率都不如CCD有很多限制。 2） 耗电量低。虽然CMOS的滤镜布局与CCD差别不大，但在感光单元的电路结构上却有很大差别。CMOS每个感光元件都具备独立的电荷/电压转换电路，可将光电转换后的电信号独立放大输出这比起CCD将所有的信号全部收集起来再放大输出，速度快了很多。而且CMOS的感光元件只在感光成像时才会工作，所以比CCD更省电。但CMOS同样存在缺点，如果在使用数码相机时成像动作较多，那么CMOS在频繁的启动过程中会因为多变的电流而产生热量，导致杂波并影响画质。 传感器尺寸是指感光元件对角线的长度，常用单位为英寸。常见的有1/1.6英寸、1/1.7英寸、1/1.8英寸、1/2.3英寸、1/2.33英寸、1/2.5英寸、1/2.7英寸、2/3英寸等。一般来说，感光元件尺寸越大，元件的性能与成像效果就越好。另外，数码相机的感光元件一般采用4：3的长宽比，比较特殊的则有3：2。噪点：由于CMOS每个感光二极管都需搭配一个放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪点就会增加很多，影响图像品质。耗电量：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；而CCD传感器为被动式采集，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要1218V，因此CCD还必须有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使CCD的耗电量远高于CMOS。CMOS的耗电量仅为CCD的1/8到1/10。 成本：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timinggenerator或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；而CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个像素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的制造成本会高于CMOS传感器。CCD与CMOS传感器的前景CCD在影像品质等方面均优于CMOS，而CMOS则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异将逐渐减小，新一代的CCD传感器一直在功耗上作改进，而CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足。相信不断改进的CCD与CMOS传感器将为我们带来更加美好的数码影像世界。CMOS一定比CCD差吗？答案是否定的，佳能顶级的专业单反数码相机也是采用CMOS的影像传感器，影响画质取决于镜头，取决于感光片的面积大小，影像算法等等CMOS传感器与CCD传感器的比较 CMOS传感器与CCD传感器的比较 CCD，(Charge Coupled Device)，即“电荷耦合器件”，以百万像素为单位。数码相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一种感光半导体芯片，用于捕捉图形，广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。与胶卷的原理相似，光线穿过一个镜头，将图形信息投射到CCD上。但与胶卷不同的是，CCD既没有能力记录图形数据，也没有能力永久保存下来，甚至不具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器，一个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡)。CCD有各式各样的尺寸和形状，最大的有22平方英寸。1970美国贝尔实验室发明了CCD。二十年后，人们利用这一技术制造了数码相机，将影像处理行业推进到一个全新领域。 CMOS,(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，即“互补金属氧化物半导体”。它是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导所需的大量资料。有人发现，将CMOS加工也可以作为数码相机中的感光传感器，其便于大规模生产和成本低廉的特性是商家们梦寐以求的。 CCD和CMOS的技术对比 从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同：信息读取方式：CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。电源及耗电量CD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。成像质量CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。 目前，CCD技术主要掌握在索尼、佳能、奥林巴斯等几大厂商手中。主流的数码相机均采用CCD作为光敏传感器件，像素数一般为三百万左右。其制造工艺复杂，功耗大，成本较高。未来，采用CCD传感器的数码相机将继续朝着提高像素数，增加拍摄功能，提高照片质量的方向发展，力争在各项指标上早日达到传统相机的标准。 采用CMOS传感器的数码相机一般低于35万像素，主要面向以家庭、个人用户为主的低端市场。其时尚化、多功能、价格低的优势受到了普通消费者的欢迎。国内的数码相机厂商对CMOS数码相机倾注了极高的热情，包括海鸥、先科、喜马拉雅等先后推出了相应产品。 CMOS可塑性较高，未来除了数码相机之外，将在传真机、扫描仪、数字摄像机、安全侦测系统等方面得到广泛应用。目前市场上CMOS产品不多，但在美国，包括Intel、TI在内的多家公司都在积极研发相关产品。今年7月，欧洲的独立半导体研究机构IMEC公布了两个有关CMOS的研发项目，其中探索CMOS技术极限的“Advanced Device Implementation Program”，其目标是确立国际半导体技术规划（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm30nm的技术。浅析CCD、CCD与CMOS技术数码相机的发展真可谓一日千里，近来各种新的感光技术纷纷涌现。很多数码相机生产厂商大肆宣扬自己的产品像素有多高，画质多好。顾客在选购数码相机时也比较困惑，心里没底。矩阵式CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次同时曝光。我们知道单位像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄。目前更大尺寸CCD加工制造比较困难，成品率也比较低，因此成本也一直降不下来。这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电。比较容易地以较低的成本制造较大大尺寸的CMOS感光芯片，并且CMOS可以将影像处理电路集成在芯片上。CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热。CMOS的成像效果一点也不比传统CCD差。这种能耗低、制造相对容易的感光芯片如果能在影像的锐利度、动态范围等方面再做进一步的努力，相信CMOS是未来数码相机的发展方向。高清摄像监控众所周知，目前的图像传感器主要分为CCD和CMOS两大阵营。在传统观念中，CCD具有高解析度、低噪点等优点；而CMOS由于噪点问题，一直与电脑摄像头、手机摄像头等低画质的电子产品联系在一起。其实不然，现在CMOS摄像机绝非只局限于简单、低端的应用，甚至在高清摄像领域有了与CCD一较高下的实力。本文就CCD与CMOS的工作原理、区别、优劣和适用场合作出详细的分析。CCD是英文ChargeCoupledDevice的缩写，中文翻译为电荷耦合器件。它是1969年美国贝尔实验室的WB博伊尔（WBBoyle）和GE史密斯（GESmith）等人研制出来的，其使用一种高感光度的半导体材料制成，包含众多感光元件，每个感光元件叫一个像素，CCD可以看做这些像素的集合体。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。而CMOS英文全称是Comple-mentaryMetal-OxideSemicon-ductor,即互补金属氧化物半导体，与CCD一样也是记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带负电（N极）和正电（P极）的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。再透过芯片上的模数转换器（ADC）将获得的模拟影像信号转变为数字信号输出。可以看到，无论是CCD还是CMOS,它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，其核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。CCD与CMOS的区别像素结构不同CCD与CMOS的第一个区别体现在感光单位即像素结构不同。前者的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大部分面积。而CMOS感光元件的构成比较复杂，除处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，每个像点构成为一个感光二极管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分。相较于CMOS传感器，CCD感光元件中的有效感光面积大，在同等条件下可接收较强的光信号，对应的输出电信号也更强；体现在输出结果上，就是CMOS传感器捕捉到的图像内容不如CCD传感器丰富、锐度较差、图像细节丢失情况严重且噪点明显，这也是早期CMOS传感器大多用于低端场合的原因。ADC位置和数量不同CCD与CMOS的第二个区别体现在ADC（模数转换器）位置和数量的不同。CCD每行像素点只对应着一ADC,感光元件每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，由控制电路以串行的方式依序传入缓冲器中，由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大，再串联ADC输出；相对地，CMOS的设计中每个像素点旁连着一个ADC,信号直接放大并转换成数字信号。 也正是由于这点不同，CCD传感器中每一个感光元件的信号能形成统一的输出，这些输出数据经放大器统一处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；而CMOS每一个感光元件携带一个ADC,无法保证每个像点的放大率严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌。体现在最终的输出结果上，就是图像中不可避免地出现噪点，图像品质低于CCD传感器。CCD与CMOS优劣比较看了以上的介绍，也许大家会认为CCD成像清晰、噪点少，所以相对CMOS优势明显。其实不然，虽然大量的ADC给CMOS带来了低噪点的缺陷，但也在其他方面显示出了极大的好处。比较CCD与CMOS,它们在以下五个方面互有优劣：灵敏度由于CMOS每个像素包含一个感光二极管、一个电荷/电压转换单元、一个晶体管以及一个放大器，导致感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分。过多的额外设备压缩单一像素的有效感光区域的表面积，因此在像素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。直接的后果就是低照度环境下，CMOS无法像CCD一样灵敏，成像清晰度大大降低。 成本CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。如果专用通道中有一个像素故障，就会导致一整排的信号拥塞而无法传递。因此CCD的良率比CMOS低。而CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失，成本大为降低。噪点由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的ADC放大器。由于放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率严格一致，致使放大后的图像无法代表拍摄物体的原貌。因此，对比每行只有单个放大器的CCD,CMOS最终计算出的噪点就比较多。 速度CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。 功耗CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外，电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；而CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。CCD与CMOS摄像机应用场合通过以上比较分析，能看出CCD与CMOS各有优势。基于此，我们可以做到扬长避短，在不同应用场合合理选择CCD或CMOS摄像机。 低照度环境下宜使用CCD摄像机由于CCD感光单元有效面积大，在光照强度较低的环境中，能相对清晰地呈现出被摄物体原貌。相反，CMOS传感器灵敏度低，ISO感光度差，低照时成像清晰度大大降低。所以，在低照度环境下，如灯光较暗的停车场、楼梯间、封闭通道和暗室等，宜选用感光灵敏的CCD摄像机。隐蔽环境中使用CMOS摄像机CMOS传感器可以将所有逻糪-和控制环都放在同一个硅芯片块上，使摄像机变得简单灵巧，因此CMOS摄像机可以做得非常小。而CCD摄像机限于外围复杂电路影响，体积无法做到CMOS般微型化。对于道路、门口等摄像机易受不法分子攻击破坏的场合，选用CMOS摄像机能达到隐蔽执法、避免攻击的作用。图像质量