Question

CMOS图像传感器与CCD图像传感器有什么不同?各有什么优缺点?

Answer 1

感光元件工作原理
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），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。

CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。

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。

两种感光元件的不同之处

由两种感光元件的工作原理可以看出，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。同时，这几年来，CCD从30万像素开始，一直发展到现在的600万，像素的提高已经到了一个极限。

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。

CMOS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，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同，要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。

Answer 2

CMOS图像传感器和CCD图像传感器都是将光信号转换成电信号的半导体器件，两者都是数码相机中常用的图像传感器。

主要区别:

• 工作原理: CCD传感器采用逐行扫描方式读取图像信息，而CMOS传感器采用逐个像素读取图像信息。

• 功耗: CMOS传感器的功耗比CCD传感器低。

• 速度: CMOS传感器的读取速度比CCD传感器快。

• 成本: CMOS传感器的成本比CCD传感器低。

• 图像质量: 在相同分辨率下，CCD传感器的图像质量通常比CMOS传感器好。

优缺点:

CCD图像传感器:

• 优点:

• 高感光度，适合低光照环境拍摄

• 宽动态范围，适合明暗对比度大的场景

• 高色彩还原度

• 缺点:

• 功耗大

• 速度慢

• 成本高

CMOS图像传感器:

• 优点:

• 功耗低

• 速度快

• 成本低

• 缺点:

• 感光度相对较低

• 动态范围相对较窄

• 色彩还原度相对较低

应用:

• CCD图像传感器: 高端数码相机、天文相机、医用影像设备等

• CMOS图像传感器: 手机相机、数码相机、摄像机、监控摄像头等

总结:

两种图像传感器各有优缺点，选择哪种传感器需要根据实际应用场景来决定。

Answer 3

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

Answer 4

1) 制作工艺不同，CCD的制作工艺较为复杂，而CMOS的制作工艺简单的多；
2) 信号传输方式不同，CCD是靠电荷的转移传输的，而CMOS是靠模拟开关将信号传输出来的；
3) CCD图像传感器得外加驱动器提供驱动脉冲才能获得图像信号，必须靠片外采集卡完成数字化，而CMOS图像传感器芯片本身不但能够输出图像信号，还能够完成数字化，用起来较为简单；
4) CCD图像信号必须按一定的规则输出，而CMOS可以根据需要输出部分位置或面积的图像信号。

Answer 5

数码相机的成像器件主要分为两类：
CCD——英文Charge Couple Device的缩写，中文名称“电荷耦合器件”。
CCD技术成熟，成像质量好，但是耗电量大，工艺复杂，成本较高，像素提升难度大。
使用CCD的相机，代表品牌“尼康”
CMOS——英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写，中文名称为“互补金属氧化物半导体”。
CMOS的成本低廉，制造工艺简单，耗电量低；缺点在于连续成像动作较多的情况下产生一种杂波，它可能会影响画质。 （这个缺点在相机上基本是被有效控制的）
使用CMOS的相机，代表品牌“佳能”，因为佳能和柯达是最早研发使用CMOS传感器的。

从高端的单反市场上看，CMOS传感器将要代替CCD是不争的事实，原先用CCD的老大哥尼康和近几年在市场上活跃的索尼，他们的在自己的顶级相机上，如尼康 D3X、索尼 A900，都以改用CMOS为感光元件。