CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的區(qū)別詳解

CCD傳感器和CMOS傳感器是目前最常見(jiàn)的兩種數(shù)字圖像傳感器，廣泛運(yùn)用于各類(lèi)工業(yè)相機(jī)，個(gè)人數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)相機(jī)及攝像機(jī)等數(shù)字成像產(chǎn)品。本文談CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的區(qū)別。

什么是CCD傳感器？

CCD（ChargeCoupledDevice），即“電荷耦合器件”，它是數(shù)字和機(jī)器視覺(jué)相機(jī)中用于捕捉靜止和移動(dòng)物體的一種傳感器，以百萬(wàn)像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬(wàn)像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無(wú)膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線(xiàn)穿過(guò)一個(gè)鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒(méi)有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒(méi)有能力永久保存下來(lái)，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會(huì)不停留地送入一個(gè)“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，一個(gè)信號(hào)處理器以及一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備（比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡）。在CMOS圖像傳感器引入之前，CCD傳感器被工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛用于質(zhì)量檢查，檢查和控制。

什么是CMOS成像傳感器？

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”，這是一種為集成電路供電的技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。CMOS型圖像傳感器及互補(bǔ)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管。其工作原理是，外界光照射到像素陣列后，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷，最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像輸出。CMOS技術(shù)為當(dāng)今的許多電子設(shè)備提供動(dòng)力，包括電池，微處理器，數(shù)字和智能手機(jī)相機(jī)。與CCD傳感器不同，CMOS傳感器不需要特殊的制造技術(shù)。

由于二者結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)致兩者在性能方面也各有所長(zhǎng)

CMOS：響應(yīng)快，功耗低，噪點(diǎn)高，不均勻，畫(huà)質(zhì)受噪聲影響多，ISO較小

CCD：響應(yīng)慢，功耗高，噪點(diǎn)低，均勻，畫(huà)質(zhì)高，ISO較高

與較新的CMOS傳感器不同，CCD傳感器需要特殊的制造，而這通常更昂貴。因此，CCD傳感器通常具有非常高的質(zhì)量和光敏感性，能夠以較低的噪音提供清晰的圖像。

CMOS傳感器制造和使用大多數(shù)微處理器使用的傳統(tǒng)制造技術(shù)便宜。他們也被認(rèn)為是更好的能源效率。根據(jù)Jacob Fraden的“現(xiàn)代傳感器手冊(cè)”，CCD傳感器可以消耗高達(dá)100倍的相對(duì)CMOS圖像傳感器的功率。

1.信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息，需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)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(hào)，信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。

2.速度：CCD電荷耦合器需在同步時(shí)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(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)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(gè)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(shì)。

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(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。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(yán)重，噪聲對(duì)圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長(zhǎng)一段時(shí)間無(wú)法進(jìn)入實(shí)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。