談?wù)凜CD與CMOS的區(qū)別

我們?cè)谫?gòu)買相機(jī)或是攝像機(jī)時(shí)，都會(huì)看到使用CMOS鏡頭或是CCD鏡頭，那么CCD與CMOS是什么意思呢，CCD與CMOS的區(qū)別是什么？首先，讓我們了解CCD與CMOS的意思。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CCD


CCD使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的手段，根據(jù)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(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對(duì)視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。 CCD長(zhǎng)達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)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(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

目前主要有兩種類型的CCD光敏元件，分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜態(tài)照相機(jī)，它每次只拍攝圖象的一條線，這與平板掃描儀掃描照片的方法。這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動(dòng)的物體，也無法使用閃光燈。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

矩陣式CCD，它的每一個(gè)光敏元件代表圖象中的一個(gè)像素，當(dāng)快門打開時(shí)，整個(gè)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(jī)內(nèi)部的微器從每個(gè)像素獲得信號(hào)，將相鄰的四個(gè)點(diǎn)合成為一個(gè)像素點(diǎn)。該方法允許瞬間曝光，微器能運(yùn)算地非常快。這大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)CCD的成像原理。不是同點(diǎn)合成，其中包含著數(shù)學(xué)計(jì)算，這種CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無法達(dá)到如刀刻般的銳利。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CMOS
CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別，主要是硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流被芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)太出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是早期的設(shè)計(jì)使CMOS在快速變化的影像時(shí)，電流變化過于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

除了CCD和CMOS之外，還有富士公司獨(dú)家推出的SUPER CCD，SUPER CCD并沒有采用常規(guī)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(tǒng)的CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對(duì)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(dòng)態(tài)范圍都有所提高。
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傳統(tǒng)CCD中的每個(gè)像素由一個(gè)二極管、控制信號(hào)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(hào)路徑被取消了，只一個(gè)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(jié)構(gòu)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(duì)光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動(dòng)態(tài)范圍都有所提高。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

那為什么SUPER CCD的輸出像素會(huì)比有效像素高呢？我們知道CCD對(duì)綠色不很敏感，是以G－B－R－G來合成。各個(gè)合成的像素點(diǎn)上有一部分真實(shí)像素點(diǎn)是共用，圖象質(zhì)量與理想有差距，這為什么高端專業(yè)級(jí)數(shù)碼相機(jī)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(guān)系，做到了R、G、B像素相當(dāng)，在合成像素時(shí)也是以三個(gè)為一組。傳統(tǒng)CCD是四個(gè)合成一個(gè)像素點(diǎn)，其實(shí)只要三個(gè)就行了，浪費(fèi)了一個(gè)，而SUPER CCD就發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，只用三個(gè)就能合成一個(gè)像素點(diǎn)。也說，CCD每4個(gè)點(diǎn)合成一個(gè)像素，每個(gè)點(diǎn)計(jì)算4次；SUPER CCD每3個(gè)點(diǎn)合成一個(gè)像素，每個(gè)點(diǎn)也是計(jì)算4次，SUPER CCD像素的率較傳統(tǒng)CCD高，生成的像素就多了。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CCD與CMOS的區(qū)別
技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS的區(qū)別有如下四個(gè)的不同： 
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。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。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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)的就可以取出電信號(hào)，還能各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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(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)能具有很大優(yōu)勢(shì)。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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CMOS光電傳感器有優(yōu)勢(shì)。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(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圖像傳感器提供了的條件。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

 
此外，CCD與CMOS兩種傳感器在“內(nèi)部結(jié)構(gòu)”和“外部結(jié)構(gòu)”上都是不同的：
1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)（傳感器本身的結(jié)構(gòu)）
CCD的成像點(diǎn)為X－Y縱橫矩陣排列，每個(gè)成像點(diǎn)由一個(gè)光電二極管和其控制的一個(gè)鄰近電荷存儲(chǔ)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(qiáng)度成正比。在讀取這些電荷時(shí)，各行數(shù)據(jù)被移動(dòng)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(diǎn)。但是生產(chǎn)CCD需采用時(shí)鐘信號(hào)、偏壓技術(shù)，整個(gè)構(gòu)造，增大了耗電量，也了成本。
CMOS傳感器周圍的電子器件，如數(shù)字邏輯電路、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)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(gè)存儲(chǔ)器，每個(gè)成像點(diǎn)包含一個(gè)光電二極管、一個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換單元、一個(gè)重新設(shè)置和選擇晶體管，以及一個(gè)放大器，覆蓋在整個(gè)傳感器上的是金屬互連器（計(jì)時(shí)應(yīng)用和讀取信號(hào)）以及縱向排列的輸出信號(hào)互連器，它可以通過簡(jiǎn)單的X－Y尋址技術(shù)讀取信號(hào)。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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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(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)的就可以取出電信號(hào)，還能各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快。    <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CMOS光電傳感器的加工采用半導(dǎo)體廠家生產(chǎn)集成電路的流程，可以將數(shù)字相機(jī)的部件集成到一塊芯片上，如光敏元件、圖像信號(hào)放大器、信號(hào)讀取電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像信號(hào)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(diǎn)。只一個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)功能，采用CMOS芯片的光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體成本很低。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)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(gè)廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較，采用CCD的攝像頭價(jià)格都會(huì)比較貴。事實(shí)上技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，攝像頭生產(chǎn)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(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性，對(duì)實(shí)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(zhì)量和CCD還是有距離的。但低廉的價(jià)格以及高度的整合性，在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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總結(jié)：
CMOS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上，CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，而CCD是以行為單位的電流信號(hào)，前者更為敏感，速度也更快，更為省電。現(xiàn)在高級(jí)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(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

目前的是，許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用廉價(jià)的低檔CMOS芯片，成像質(zhì)量比較差。普及型、高級(jí)型及專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用不同檔次的CCD，個(gè)別專業(yè)型或準(zhǔn)專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用高級(jí)的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來發(fā)展的X3芯片也是一種CMOS芯片。CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論，但而言，普及型的數(shù)碼相機(jī)中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

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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(shì)在于成像質(zhì)量好，但是制造工藝，只有少數(shù)的廠商掌握，導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價(jià)格非常高昂。 在分辨率下，CMOS(互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體：Complementary Metal-Oxide Semiconductor）價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD要低。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)別以及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD感應(yīng)器；CMOS感應(yīng)器則低端產(chǎn)品應(yīng)用于攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝像頭使用CCD感應(yīng)器，廠商會(huì)不遺余力地以其賣點(diǎn)大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機(jī)”之名。一時(shí)間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)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(shí)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(jī)是"電老虎"的不良印象。CMOS主要問題是在快速變化的影像時(shí)，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(xiàn)雜點(diǎn)。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》

此外，CMOS與CCD的圖像數(shù)據(jù)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(xù)掃描300萬個(gè)電荷，掃描的方法非常簡(jiǎn)單，就好像把水桶從一個(gè)人傳給另一個(gè)人，并且只有在最后一個(gè)數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號(hào)放大。CMOS傳感器的每個(gè)像素都有一個(gè)將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的放大器。，CMOS傳感器可以在每個(gè)像素基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)放大，采用這種方法可節(jié)省無效的傳輸操作，只需少量能量消耗就可以進(jìn)行快速數(shù)據(jù)掃描，噪音也有所降低。這佳能的像素內(nèi)電荷轉(zhuǎn)送技術(shù)。   <<版權(quán)聲明：本文由容源電子網(wǎng)（www.zskn.com.cn）整理提供，部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)，如有侵犯到你的權(quán)利請(qǐng)與我們聯(lián)系更正。》