CCD与CMOS不同点的详细比较

技术文章：CCD与CMOS不同点的详细比较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制造工艺较复杂，采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。

事实上经过技术改造，目前CCD和CMOS的实际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，所以很多摄像头生产厂商采用的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 的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。

但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。

CCD是目前比较成熟的成像器件，CMOS被看作未来的成像器件。

因为CMOS 结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，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并不比一般CCD 差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的SMOS一般分辨率低而成像较差。

不管，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。

两者优缺点的比较CCD与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CCD。

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。

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朝向耗电量减少作为改进目标，CMOS系列，则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合，藉由后续的影像处理修正噪点以及画质表现，特别是Canon系列的EOSD30、EOS300D的成功，足见高速影像处理晶片已经可以胜任高像素CMOS所产生的影像处理时间与能力的缩短CMOS未来跨足高阶的影像市场产品，前景可期。

感光器件CCD/3CCD/CMOS的分析介绍2009/1/14/18:23 来源：投影时代CCDCCD，是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素。

CCD在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。

衡量CCD好坏的指标很多，有像素数量，CCD尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及CCD尺寸是重要的指标。

像素数是指CCD上感光元件的数量。

摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。

显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果CCD没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响，因此，理论上CCD的像素数量应该越多越好。

但CCD像素数的增加会使制造成本以及成品率下降，而且在现行电视标准下，像素数增加到某一数量后，再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显，一般而言八十万左右的像素数对拍摄动态画面已经足够了。

CCD尺寸是指CCD芯片的对角线尺寸，用英寸表示，如1/2寸，1/4寸等。

一般说CCD 尺寸越大越好，CCD尺寸越大其灵敏度就越高，在光线比较暗的时候拍摄的效果就比较好。

但CCD尺寸越大，其成本就越高，而且相应的镜头尺寸也较大，不利于摄像机体积的减小。

随着技术的发展，现在小尺寸的CCD其灵敏度也在不断地提高。

单CCD摄像机是指摄像机里只有一片CCD并用其进行亮度信号以及彩色信号的光电转换，其中色度信号是用CCD上的一些特定的彩色遮罩装置并结合后面的电路完成的。

由于一片CCD同时完成亮度信号和色度信号的转换，因此难以两全，使得拍摄出来的图像在彩色还原上达不到专业水平很高的要求。

为了解决这个问题，便出现了3CCD摄像机。

3CCD3CCD，顾名思义，就是一台摄像机使用了3片CCD。

我们知道，光线如果通过一种特殊的棱镜后，会被分为红，绿，蓝三种颜色，而这三种颜色就是我们电视使用的三基色，通过这三基色，就可以产生包括亮度信号在内的所有电视信号。

如果分别用一片CCD接受一种颜色并转换为电信号，然后经过电路处理后产生图像信号，这样，就构成了一个3CCD系统。

和单CCD相比，由于3CCD分别用3个CCD转换红，绿，蓝信号，拍摄出来的图像从彩色还原上要比单CCD来的自然，亮度以及清晰度也比单CCD好。

但由于使用了三片CCD，3CCD摄像机的价格要比单CCD贵很多，同时镜头尺寸也较同尺寸的单CCD镜头大，所以只有专业用或高档的家用摄像机才会使用3CCD。

CCD： CCD（Charge Coupled Device）电荷藕合器件图像传感器，它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，数字信号经过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，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。

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，所有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。

CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）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即可被处理芯片纪录和解读成影像。

然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

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。

CMOSCMOS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。