谈谈CCD与CMOS的区别

我们在购买相机或是摄像机时，都会看到使用CMOS镜头或是CCD镜头，那么CCD与CMOS是什么意思呢，CCD与CMOS的区别是什么？首先，让我们了解CCD与CMOS的意思。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CCD


CCD使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的手段，根据和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。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，的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

目前主要有两种类型的CCD光敏元件，分别是线性CCD和矩阵性CCD。线性CCD用于高分辨率的静态照相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法。这种CCD精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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，整个图象一次曝光。通常矩阵式CCD用来色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在CCD矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M两种排列方式。这两种排列方式成像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微器能运算地非常快。这大多数数码相机CCD的成像原理。不是同点合成，其中包含着数学计算，这种CCD最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CMOS
CMOS和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和计算机芯片没什么差别，主要是硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流被芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点太出现杂点, 这主要是早期的设计使CMOS在快速变化的影像时，电流变化过于频繁而会产生过热的现象。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

除了CCD和CMOS之外，还有富士公司独家推出的SUPER CCD，SUPER CCD并没有采用常规正方形二极管，而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高，效率之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。
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传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只一个方向的电量传输路径，感光二极管就有更多的空间。SUPER CCD在排列结构上比普通CCD要紧密，此外像素的率较高，也说在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

那为什么SUPER CCD的输出像素会比有效像素高呢？我们知道CCD对绿色不很敏感，是以G－B－R－G来合成。各个合成的像素点上有一部分真实像素点是共用，图象质量与理想有差距，这为什么高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通过改变像素的排列关系，做到了R、G、B像素相当，在合成像素时也是以三个为一组。传统CCD是四个合成一个像素点，其实只要三个就行了，浪费了一个，而SUPER CCD就发现了这一点，只用三个就能合成一个像素点。也说，CCD每4个点合成一个像素，每个点计算4次；SUPER CCD每3个点合成一个像素，每个点也是计算4次，SUPER CCD像素的率较传统CCD高，生成的像素就多了。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CCD与CMOS的区别
技术的角度比较，CCD与CMOS的区别有如下四个的不同： 
1.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有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为。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。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

2.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就可以取出电信号，还能各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

3.电源及耗电量


CCD电荷耦合器大多三组电源供电，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光电传感器在节能具有很大优势。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

4.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CMOS光电传感器有优势。CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路距离很近，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图像传感器提供了的条件。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

 
此外，CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的：
1.内部结构（传感器本身的结构）
CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产CCD需采用时钟信号、偏压技术，整个构造，增大了耗电量，也了成本。
CMOS传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的X－Y寻址技术读取信号。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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2.外部结构（传感器在产品上的应用结构）
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就可以取出电信号，还能各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快。    <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CMOS光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数字相机的部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号器及控制器等，都可集成到一块芯片上，还具有附加DRAM的优点。只一个芯片就可以实现功能，采用CMOS芯片的光电图像转换系统的整体成本很低。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。CCD只有少数几个厂商例如索尼、松下等掌握这种技术。而且CCD制造工艺较，采用CCD的摄像头价格都会比较贵。事实上技术改造，目前CCD和CMOS的效果的差距已经减小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，摄像头生产厂商采用的CMOS感光元件。成像：在像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有距离的。但低廉的价格以及高度的整合性，在摄像头领域还是得到了广泛的应用。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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总结：
CMOS结构简单，与现有的大规模集成电路生产工艺，从而生产成本可以降低。从原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的 CMOS 分辨率低而成像较差。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

目前的是，许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片也是一种CMOS芯片。CCD与CMOS孰优孰劣不能一概而论，但而言，普及型的数码相机中使用CCD芯片的成像质量要好。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

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由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD(电荷藕合器件图像传感器：Charge Coupled Device），它的优势在于成像质量好，但是制造工艺，只有少数的厂商掌握，导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。 在分辨率下，CMOS(互补性氧化金属半导体：Complementary Metal-Oxide Semiconductor）价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD要低。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感应器；CMOS感应器则低端产品应用于摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商会不遗余力地以其卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

CMOS针对CCD最主要的优势非常省电，不像由二极管组成的CCD，CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，这有助于改善人们心目中数码相机是"电老虎"的不良印象。CMOS主要问题是在快速变化的影像时，电流变化过于频繁而过热。暗电流抑制得好就问题不大，抑制得不好就十分出现杂点。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》

此外，CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如，分辨率为300万像素，那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷，扫描的方法非常简单，就好像把水桶从一个人传给另一个人，并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可节省无效的传输操作，只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描，噪音也有所降低。这佳能的像素内电荷转送技术。   <<版权声明：本文由容源电子网（www.dziuu.com）整理提供，部分内容来源于网络，如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。》