談談CCD與CMOS的區別

CCD

CCD使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的手段，根據和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。

CCD和傳統底片相比，CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網膜是由負責光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞，分工合作組成視覺感應。 CCD長達35年的發展，大致的形狀和運作方式都已經定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產 CCD 的公司分別為：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

矩陣式CCD，它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素，當快門打開時，整個圖象一次曝光。通常矩陣式CCD用來色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣中，相近的像素使用不同顏色的濾鏡。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過程中，相機內部的微器從每個像素獲得信號，將相鄰的四個點合成為一個像素點。該方法允許瞬間曝光，微器能運算地非?？?。這大多數數碼相機CCD的成像原理。不是同點合成，其中包含著數學計算，這種CCD最大的缺陷是所產生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳利。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

CMOS
CMOS和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和計算機芯片沒什么差別，主要是硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和 P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流被芯片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點太出現雜點, 這主要是早期的設計使CMOS在快速變化的影像時，電流變化過于頻繁而會產生過熱的現象。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

除了CCD和CMOS之外，還有富士公司獨家推出的SUPER CCD，SUPER CCD并沒有采用常規正方形二極管，而是使用了一種八邊形的二極管，像素是以蜂窩狀形式排列，并且單位像素的面積要比傳統的CCD大。將像素旋轉45度排列的結果是可以縮小對圖像拍攝無用的多余空間，光線集中的效率比較高，效率之后使感光性、信噪比和動態范圍都有所提高。
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傳統CCD中的每個像素由一個二極管、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。SUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管，原有的控制信號路徑被取消了，只一個方向的電量傳輸路徑，感光二極管就有更多的空間。SUPER CCD在排列結構上比普通CCD要緊密，此外像素的率較高，也說在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二極管對光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動態范圍都有所提高。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

那為什么SUPER CCD的輸出像素會比有效像素高呢？我們知道CCD對綠色不很敏感，是以G－B－R－G來合成。各個合成的像素點上有一部分真實像素點是共用，圖象質量與理想有差距，這為什么高端專業級數碼相機使用3CCD分別感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通過改變像素的排列關系，做到了R、G、B像素相當，在合成像素時也是以三個為一組。傳統CCD是四個合成一個像素點，其實只要三個就行了，浪費了一個，而SUPER CCD就發現了這一點，只用三個就能合成一個像素點。也說，CCD每4個點合成一個像素，每個點計算4次；SUPER CCD每3個點合成一個像素，每個點也是計算4次，SUPER CCD像素的率較傳統CCD高，生成的像素就多了。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

CCD與CMOS的區別
技術的角度比較，CCD與CMOS的區別有如下四個的不同：
1.信息讀取方式

CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為。CMOS光電傳感器經光電轉換后直接產生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

2.速度

CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的就可以取出電信號，還能各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

3.電源及耗電量

CCD電荷耦合器大多三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器只需使用一個電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節能具有很大優勢。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

4.成像質量

CCD電荷耦合器制作技術起步早，技術成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量CMOS光電傳感器有優勢。CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路距離很近，的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展，為生產高密度優質的CMOS圖像傳感器提供了的條件。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

此外，CCD與CMOS兩種傳感器在“內部結構”和“外部結構”上都是不同的：
1.內部結構（傳感器本身的結構）
CCD的成像點為X－Y縱橫矩陣排列，每個成像點由一個光電二極管和其控制的一個鄰近電荷存儲區組成。光電二極管將光線（光量子）轉換為電荷（電子），聚集的電子數量與光線的強度成正比。在讀取這些電荷時，各行數據被移動到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續讀出，再通過電荷/電壓轉換器和放大器傳感。這種構造產生的圖像具有低噪音、高性能的特點。但是生產CCD需采用時鐘信號、偏壓技術，整個構造，增大了耗電量，也了成本。
CMOS傳感器周圍的電子器件，如數字邏輯電路、時鐘驅動器以及模/數轉換器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構造如同一個存儲器，每個成像點包含一個光電二極管、一個電荷/電壓轉換單元、一個重新設置和選擇晶體管，以及一個放大器，覆蓋在整個傳感器上的是金屬互連器（計時應用和讀取信號）以及縱向排列的輸出信號互連器，它可以通過簡單的X－Y尋址技術讀取信號。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

2.外部結構（傳感器在產品上的應用結構）
CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的就可以取出電信號，還能各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

CMOS光電傳感器的加工采用半導體廠家生產集成電路的流程，可以將數字相機的部件集成到一塊芯片上，如光敏元件、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換器、圖像信號器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優點。只一個芯片就可以實現功能，采用CMOS芯片的光電圖像轉換系統的整體成本很低。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

CCD和CMOS在制造上的主要區別是CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上，工作原理沒有本質的區別。CCD只有少數幾個廠商例如索尼、松下等掌握這種技術。而且CCD制造工藝較，采用CCD的攝像頭價格都會比較貴。事實上技術改造，目前CCD和CMOS的效果的差距已經減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，攝像頭生產廠商采用的CMOS感光元件。成像：在像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準確。而CMOS的產品往往通透性，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，自身物理特性的原因，CMOS的成像質量和CCD還是有距離的。但低廉的價格以及高度的整合性，在攝像頭領域還是得到了廣泛的應用。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

總結：
CMOS結構簡單，與現有的大規模集成電路生產工藝，從而生產成本可以降低。從原理上，CMOS的信號是以點為單位的電荷信號，而CCD是以行為單位的電流信號，前者更為敏感，速度也更快，更為省電?，F在高級的CMOS并不比CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的 CMOS 分辨率低而成像較差。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

目前的是，許多低檔入門型的數碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片，成像質量比較差。普及型、高級型及專業型數碼相機使用不同檔次的CCD，個別專業型或準專業型數碼相機使用高級的CMOS芯片。代表成像技術未來發展的X3芯片也是一種CMOS芯片。CCD與CMOS孰優孰劣不能一概而論，但而言，普及型的數碼相機中使用CCD芯片的成像質量要好。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

由兩種感光器件的工作原理可以看出，CCD(電荷藕合器件圖像傳感器：Charge Coupled Device），它的優勢在于成像質量好，但是制造工藝，只有少數的廠商掌握，導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。在分辨率下，CMOS(互補性氧化金屬半導體：Complementary Metal-Oxide Semiconductor）價格比CCD便宜，但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD要低。到目前為止，市面上絕大多數的消費級別以及高端數碼相機都使用CCD感應器；CMOS感應器則低端產品應用于攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產的攝像頭使用CCD感應器，廠商會不遺余力地以其賣點大肆宣傳，甚至冠以“數碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應器變成了人們判斷數碼相機檔次的標準之一。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

CMOS針對CCD最主要的優勢非常省電，不像由二極管組成的CCD，CMOS 電路幾乎沒有靜態電量消耗，只有在電路接通時才有電量的消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數碼相機是"電老虎"的不良印象。CMOS主要問題是在快速變化的影像時，電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不大，抑制得不好就十分出現雜點。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

此外，CMOS與CCD的圖像數據掃描方法有很大的差別。例如，分辨率為300萬像素，那么CCD傳感器可連續掃描300萬個電荷，掃描的方法非常簡單，就好像把水桶從一個人傳給另一個人，并且只有在最后一個數據掃描完成之后才能將信號放大。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷轉化為電子信號的放大器。，CMOS傳感器可以在每個像素基礎上進行信號放大，采用這種方法可節省無效的傳輸操作，只需少量能量消耗就可以進行快速數據掃描，噪音也有所降低。這佳能的像素內電荷轉送技術。 <<版權聲明：本文由容源電子網（www.nancypollockart.com）整理提供，部分內容來源于網絡，如有侵犯到你的權利請與我們聯系更正?！?BR>

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