Question

摄像头的传感器CMOS和CCD有什么区别?

Answer 1

CCD与CMOS传感器区别：

1、灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器；

2、成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本。

除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的成本会高于CMOS传感器；

3、分辨率差异：CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。

例如，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸为1/2英寸，象素尺寸为4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸与OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平；

4、噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质；

5、功耗差异：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V。

因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。

举例来说，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 FPs的速度下运行，功耗仅为40mW；而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等级的产品，其功耗却仍保持在90mW以上，该公司近期将推出35mW的新产品，但仍与CMOS传感器存在差距，且仍处于样品阶段。

综上所述：CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势。

例如，CCD传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo)；CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品，我们可以从以下各主要厂商的产品规划来看出一些端倪。

参考资料：百度百科-CMOS传感器

百度百科-CCD传感器

Answer 2

　　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。

　　目前，市场销售的数码摄像头中以CMOS感光器件的为主。在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。

Answer 3

CCD与CMOS Sensor是当前被普遍采用的两种影像感测组件，基本上两者都是利用感光二极管（photodiode）进行光与电的转换，将影像转换为数字信息，而其主要差异则在数字信号传送方式的不同。
　CCD传感器每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由最底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会连接一个放大器及模/数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。
造成这种差异的原因，在于CCD的特殊制程可保持信号在传输时不会失真，因此各个像素的信息可集合至边缘处再做放大处理；而CMOS制程的数据在传送较长的距离时会产生噪声，因此必须先行放大再整合各个像素的数据。
　　由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在成像效果与应用上也有不少差异，这些差异包括灵敏度、成本、分辨率、噪声与耗电量等。
　　*灵敏度差异
　　由于CMOS传感器每个像素由四个晶体管与一个感光二极管所构成（含放大器与A/D转换电路），使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积，因此在像素尺寸（pixel size）相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度会低于CCD传感器。
　　*成本差异
　　由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS制程，可以轻易地将周边电路（如AGC、CDS、Timing generator或DSP等）整合到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片所需负担的成本；而CCD由于采用电荷传递的方式传输信息，只要其中有一个像素不能工作，就会导致一整排的信息不能传送，因此控制CCD传感器的良品率比CMOS传感器更加困难，因此通常CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。
　　*分辨率差异
　　如上所述，CMOS传感器的每个像素都比CCD传感器更加复杂，其pixel size很难达到CCD传感器的水准，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水准。举例来说，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万像素的水准（OmniVision的OV2610，2002/6推出），其尺寸为1/2寸，pixel size为4.25微米，但Sony在2002/12推出的ICX452，其尺寸与OV2610相差不多（1/1.8寸），但分辨率却能高达513万像素，pixel size亦只有2.78微米的水准。
　　*噪声差异
　　由于CMOS传感器每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果维持一致性，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器比较之下，CMOS传感器的噪声就会增加很多，影响图像品质。
　　*耗电量差异
　CMOS传感器的影像捕获方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的晶体管放大输出，但CCD传感器则为被动式捕获，需外加电压让每个像素中的电荷移动，而这外加电压通常需要12～18V的水准；因此，CCD传感器除了在电源管理线路设计上的难度更高之外（需外加power IC），高驱动电压更使其耗电量远高于CMOS传感器。举例来说，OmniVision近期推出的OV7640（1/4寸、VGA），在30fps的速度运作之下，耗电量仅40mW；而致力于低耗电CCD传感器的Sanyo，去年推出的1/7寸、CIF等级的产品，其耗电量却仍维持在90mW以上，虽然该公司近期将推出35mW的新版产品，但基本上仍与CMOS传感器有些差距，且还处于送样阶段，正式产品尚未上市。
综上所述，CCD传感器在灵敏度、分辨率、以及噪声控制等方面均优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。不过，随着 CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异似乎有逐渐缩小的态势，例如CCD传感器持续在耗电量上作改进，以期应用于行动通讯市场；CMOS传感器则持续改善分辨率与灵敏度的不足，以期应用于更高阶的影像产品市场。