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CCD與CMOS圖像傳感器對比

      CCD的英文全稱是“Charge-coupledDevice”，中文全稱是電行耦合元件，通常稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(Pixel)，一塊CCO上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電行轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。

　　CCD圖像傳感器可直接將光學信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)圖像的獲取.存儲、傳輸.處理和重現(xiàn)，如上圖所示，CCO圖像傳感器具有如下特點：

　　(1)體積小重量輕

　　(2)功耗小，工作電壓低;抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長

　　(3)靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大

　　(4)響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像

　　(5)應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。

cmos和ccd的區(qū)別——COMS簡介

　　CMOS(CompementaryMetalOxideSemiconductor)指互補金屬氧化物半導體，是電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。在數(shù)字影像領(lǐng)域，CMOS作為一種低成本的感光元件技術(shù)被發(fā)展出來，市面上常見的數(shù)碼產(chǎn)品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端攝像頭產(chǎn)品，而通常高端攝像頭都是CCD感光元件。

　　CMOS制造工藝被應(yīng)用于制作數(shù)碼影像器材的感光元件，是將純粹邏輯運算的功能轉(zhuǎn)變成接收外界光線后轉(zhuǎn)化為電能，再造過芯片上的模一數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將獲得的影像訊號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號輸出。CMOS與CCD主要有以下不同：

　　(1)成像過程中產(chǎn)生的噪聲高

　　(2)集成性高

　　(3)讀出速度快，地址選通開關(guān)可隨機采樣，獲得更高的速度

　　(4)噪聲：由于CMOS圖像傳感器集成度高，各元件、電路之間距離很近，干擾比較嚴重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大。隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

cmos和ccd的區(qū)別——技術(shù)角度比較

　　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(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號，信號讀取十分簡單。

　　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同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

　　3)電源及耗電量

　　CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，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(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。

　　4)成像質(zhì)量

　　CCD電荷耦合器制作技術(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CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質(zhì)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(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

cmos和ccd的區(qū)別——結(jié)構(gòu)區(qū)別

　　1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)(傳感器本身的結(jié)構(gòu))

　　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(qū)組成。光電二極管將光線(光量子)轉(zhuǎn)換為電荷(電子)，聚集的電子數(shù)量與光線的強度成正比。在讀取這些電荷時，各行數(shù)據(jù)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(xù)讀出，再通過電荷/電壓轉(zhuǎn)換器和放大器傳感。這種構(gòu)造產(chǎn)生的圖像具有低噪音、高性能的特點。但是生產(chǎn)CCD需采用時鐘信號、偏壓技術(shù)，因此整個構(gòu)造復雜，增大了耗電量，也增加了成本。

　　CMOS傳感器周圍的電子器件，如數(shù)字邏輯電路、時鐘驅(qū)動器以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構(gòu)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(zhuǎn)換單元、一個重新設(shè)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(yīng)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(shù)讀取信號。

　　2.外部結(jié)構(gòu)(傳感器在產(chǎn)品上的應(yīng)用結(jié)構(gòu))

　　  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同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。

　　CMOS光電傳感器的加工采用半導體廠家生產(chǎn)集成電路的流程，可以將數(shù)字相機的所有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(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號處理器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優(yōu)點。只需要一個芯片就可以實現(xiàn)很多功能，因此采用CMOS芯片的光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體成本很低。

　　CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)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(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。成像方面：在相同像素下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(chǎn)品往往通透性一般，對實物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。

cmos和ccd的區(qū)別—— 總結(jié)

　　 CMOS結(jié)構(gòu)相對簡單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)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(xiàn)在高級的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的 CMOS 一般分辨率低而成像較差。

　　目前的情況是，許多低檔入門型的數(shù)碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、高級型及專業(yè)型數(shù)碼相機使用不同檔次的CCD，個別專業(yè)型或準專業(yè)型數(shù)碼相機使用高級的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來發(fā)展的X3芯片實際也是一種CMOS芯片。CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論，但一般而言，普及型的數(shù)碼相機中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。

　　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(yōu)勢在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。 在相同分辨率下，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(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝像頭使用CCD感應(yīng)器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的標準之一。

　　CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電，不像由二極管組成的CCD，CMOS 電路幾乎沒有靜態(tài)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(shù)碼相機是"電老虎"的不良印象。CMOS主要問題是在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點。

　　此外，CMOS與CCD的圖像數(shù)據(jù)掃描方法有很大的差別。例如，如果分辨率為300萬像素，那么CCD傳感器可連續(xù)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(shù)據(jù)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(zhuǎn)化為電子信號的放大器。因此，CMOS傳感器可以在每個像素基礎(chǔ)上進行信號放大，采用這種方法可節(jié)省任何無效的傳輸操作，所以只需少量能量消耗就可以進行快速數(shù)據(jù)掃描，同時噪音也有所降低。這就是佳能的像素內(nèi)電荷完全轉(zhuǎn)送技術(shù)。