CCD和COMS的区别

1、CCD 和 COMS 的区别 由两种感光器件的工作原理可以看出， CCD 的优势在于成像质量好，但是由于制造 工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型 CCD ，价 格非常高昂。在相同分辨率下， CMOS 价格比 CCD 便宜，但是 CMOS 器件产生的图像质量相比 CCD 来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用 CCD 作为感应器； CMOS 感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上， 若有哪家摄像头厂 商生产的摄想头使用 CCD 感应器， 厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传， 甚至冠 以 “数码相机 ”之名。 一时间， 是

2、否具有 CCD 感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之 一。CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比 CCD低，CCD为提供优异的影像品质， 付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效 果。但 CMOS 影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的 整合性高， 可将 ADC 与讯号处理器整合在一起， 使体积大幅缩小， 例如， CMOS 影像传感 器只需一组电源， CCD 却需三或四组电源，由于 ADC 与讯号处理器的制程与 CCD 不同， 要缩小 C

3、CD 套件的体积很困难。但目前 CMOS 影像传感器首要解决的问题就是降低噪声 的产生，未来 CMOS 影像传感器是否可以改变长久以来被 CCD 压抑的宿命，往后技术的 发展是重要关键。1. 数码常识 :CCD 的原理说到 CCD 的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了 CCD 和 CMOS 。感光器件的面积大小， CCD/CMOS 面积越大， 捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。 CCD/CMOS 是数 码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。CCD 上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方 式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个 CC

4、D 上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。如果分解 CCD ，你会发现 CCD 的结构为三层，第一层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层” 。第一层“微型镜头”我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD 的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率 的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前 面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决 定，而改由微型镜片的表面积来决定。第二层是“分色滤色片”CCD 的第二层是“分色滤色片” ，目前有两种分色方式，一是 RGB 原色分色法， 另一个则是 CMYK 补色分色法

5、这两种方法各有 优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念， RGB 即三原 色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿 和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是 Red, Green和Blue,这说 明 RGB 分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说 CMYK ， 这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青( C)、洋红(M)、 黄(Y)、黑(K)。在印刷业中，CMYK更为适用，但其调节出来的颜 色不及 RGB 的多。原色 CCD 的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声 问题。因此，大家可以注意，一般采用原色 CCD 的数码相机，在 ISO 感光度上多半不会超过 40

6、0。相对的，补色 CCD 多了一个 Y 黄色滤色器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分影像的分 辨率，而在 ISO 值上，补色 CCD 可以容忍较高的感光度，一般都 可设定在 800 以上第三层：感光层CCD 的第三层是“感光片” ，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号， 并将信号传送到影像处理芯片， 将影像还原。 传统的照相机胶卷尺寸为 35mm， 35mm 为对角长度， 35mm 胶卷的感光面积为36 x 24mm。换算到数码相机，对角长度约接近 35mm 的， CCD/CMOS 尺寸越大。在单反数码相机中，很多都拥 有接近 35mm 的 CCD/CMOS 尺寸，例如尼康德

7、D100， CCD/CMOS 尺寸面积达到 23.7 x 15.6，比起消费级数码相机要大很多，而佳能 的EOS-IDs的CMOS尺寸为36 x 24mm，达到了 35mm的面积， 所以成像也相对较好。现在市面上的消费级数码相机主要有 2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7 英寸、 1/3.2英寸四种。 CCD/CMOS 尺寸越大，感光面积越大，成 像效果越好。 1/1.8英寸的 300万像素相机效果通常好于 1/2.7 英寸 的 400 万像素相机 （后者的感光面积只有前者的 55%）。而相同尺寸 的 CCD/CMOS 像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的 感光面积缩小，有曝光不足的

8、可能。但如果在增加 CCD/CMOS 像 素的同时想维持现有的图像质量， 就必须在至少维持单个像素面积 不减小的基础上增 大 CCD/CMOS 的 总面积。目前更 大尺寸 CCD/CMOS 加工制造比较困难， 成本也非常高。因此， CCD/CMOS 尺寸较大的数码相机，价格也较高。感光器件的大小直接影响数码 相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般 CCD/CMOS 尺寸也 小，而越专业的数码相机， CCD/CMOS 尺寸也越大。2. 数码常识 :感光器件的发展CCD 是 1969 年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入 80 年代， CCD 影像传感器虽然有缺陷，由于不断的研究终于克服了 困

9、难，而于 80 年代后半期制造出高分辨率且高品质的 CCD 。到了 90 年代制造出百万像素之高分辨率 CCD ，此时 CCD 的发展更是 突飞猛进，算一算 CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入 90 年代中期后， CCD 技术得到了迅猛发展，同时， CCD 的单位面积 也越来越小。但为了在 CCD 面积减小的同时提高图像的成像质量， SONY 与 1989年开发出了 SUPER HAD CCD ，这种新的感光器件 是在 CCD 面积减小的情况下，依靠 CCD 组件内部放大器的放大 倍率提升成像质量。以后相继出现了 NEW STRUCTURE CCD 、 EXVIEW HAD CCD 、四

10、色滤光技术(专为 SONY F828 所应用)。 而富士数码相机则采用了超级 CCD( Super CCD)、Super CCD SR。对于 CMOS 来说，具有便于大规模生产， 且速度快、 成本较低， 将是数字相机关键器件的发展方向。 目前，在 CANON 等公司的不 断努力下，新的 CMOS 器件不断推陈出新，高动态范围 CMOS 器 件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛 校正的需要，使之接近了 CCD 的成像质量。另外由于 CMOS 先天 的可塑性，可以做出高像素的大型 CMOS 感光器而成本却不上升 多少。相对于 CCD 的停滞不前相比， CMOS 作为新生事物而

11、展示 出了蓬勃的活力。 作为数码相机的核心部件， CMOS 感光器以已经 有逐渐取代 CCD 感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流 的感光器。总结： CCD 或 CMOS ，基本上两者都是利用矽感光二极体（photodiode进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具 备“太阳电能”电子计算机的 “太阳能电池” 效应相近，光线越强、 电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为 电子数字信号。比较CCD和CMOS的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说， 按我们在上一讲 “CCD 感光元件的工作原理 （上）” 中所提之内容。 CCD 每曝光一次，在快门关闭后进行像

12、素转移处 理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“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 的设计中每个像素旁就直接连着 ADC （放大兼类比数字信号转换器） ，讯号直接放大并转换成数字 信号。CCD CMOS设计 单一感光器 感光器连接放大器灵敏度 同样面积下高 感光开口小，灵敏度低成本 线路品质影响程度高，成本高 CMOS 整合集成，成本低解析度 连接复杂度低，解析度高 低，新技术高噪点比 单一放大，噪点低 百万放大，噪点高功耗比 需外加电压，功耗高 直接放大，功耗低 由于构造上的基本差异，我们可以表列出

13、两者在性能上的表 现之不同。 CCD 的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属 通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完整性； CMOS 的制程较简单， 没有专属通道的设 计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。整体来说， CCD 与 CMOS 两种设计的应用， 反应在成像效 果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量 等，不同类型的差异：ISO 感光度差异：由于 CMOS 每个像素包含了放大器与 A/D 转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面 积，因此 相同像素下，同样大小之感光器尺寸， CMOS 的感光度 会低于 CC

14、D 。成本差异： 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； 相对地 CCD 采用电荷传递的方式输出资讯， 必须 另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（Fail）,就会导致一整 排的 讯号壅塞，无法传递，因此 CCD 的良率比 CMOS 低，加上 另辟传输通道和外加 ADC 等周边, CCD 的制造成本相对高于 CMOS。解析度差异：在第一点“感光度差异”中,由于 CMOS 每 个像素的结构比 CCD 复杂,其感光开口不及 CCD 大, 相对比 较相同尺寸的 CCD 与 CMOS 感光器时, CCD 感光器

15、的解析度通 常会优于 CMOS 。不过,如果跳脱尺寸限制, 目前业界的 CMOS 感 光原件已经可达到 1400 万 像素 / 全片幅的设计, CMOS 技术在 量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难, 特别是全片 幅 24mm-by-36mm 这样的大小。噪点差异：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，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微 的差异存在，很难达到放大同步的效果， 对比单一个放大器的 CCD ， CMOS 最终计算出的噪点就比较多。耗电量差异： CMOS 的影像电荷驱动

16、方式为主动式，感光二 极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但 CCD 却 为被动式， 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 12伏特（V）以上的水平，因此 CCD还 必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 CCD 的电量远高于 CMOS 。尽管 CCD 在影像品质等各方面均优于 CMOS ，但不可否认 的 CMOS 具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。 由于数码影 像的需求热烈， CMOS 的低成本和稳定供货， 成为厂商的最爱， 也 因此其制造技术不断地改良更新， 使得 CCD 与 CMOS 两者的差 异逐渐缩小 。新一代的 CCD 朝