CMOS图像传感器与CCD的比较及发展现状

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ccd和cmos的异同

ccd和cmos的异同CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。

一般而言普通的数码相机中使用CCD芯片的成像质量要好一些。

CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。

一般而言普通的数码相机中使用CCD 芯片的成像质量要好一些。

CCD 是目前比较成熟的成像器件，CMOS 被看作未来的成像器件。

CCD 与 CMOS 相同之处两种类型的传感器都以完全相同的方式检测光。

入射光子撞击硅原子，硅原子是半导体。

当发生这种情况时，原子中的一个电子被提升到更高的能级（轨道），称为导带。

硅通常表现得像绝缘体，所以它的电子不能四处移动。

但是一旦电子被提升到导带，就可以自由地移动到其他相邻的原子，就像硅是金属一样。

什么是绝缘体变成导体–这就是硅被称为半导体的原因。

在光学传感器中，这些现在可移动的电子被称为光电子。

两种类型的传感器都使用像素。

像素只是硅的一个小方形区域，它收集并保持这些光电子。

通常的比喻是田间的一系列水桶，每个都收集雨水。

如果你想知道在该领域的任何部分下雨了多少，你只需要测量每个桶的充满程度。

到目前为止，CCD 和CMOS 的一切都是一样的; 这是一个非常不同的测量过程。

CCD 与 CMOS 不同之处电荷耦合器件（CCD）是更老，更成熟的技术。

这些芯片采用NMOS 或 PMOS 技术制造，这种技术在 70 年代很流行，但在今天很少使用。

在读出期间，CCD 将电子从像素移动到像素，就像桶式旅一样。

它们通过传感器一角的读出放大器一个接一个地移出。

这样做的最大好处是每个像素都以相同的方式测量。

使用单个读出放大器使读出过程非常一致。

这样可以生成具有低固定模式噪声和读取噪声的高质量数据。

像素中也没有浪费的空间，这是 CMOS 传感器的问题。

CCD与CMOS不同点的详细比较

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。

CMOS与CCD的较量共5页

CMOS与CCD的较量引言早期，CCD是无可争议的霸主，绝大部分数码相机都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端单反相机型号上采用CMOS元件。

不过近年来，CMOS 发展势头迅猛，几乎已经在家用单反相机中一统江湖，因此很多分析人士认为，未来CMOS将取代CCD，成为数码相机的首选。

进入2010年，CCD 和CMOS的竞争已经进入了白热化阶段，CMOS越来越多地被消费类数码相机所采用。

1 目前数码相机的两种成像元件1.1 CCD图像传感器CCD(电荷耦合元件，Charge-coupled Device)是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。

从结构上讲CCD分为三层，分别是“微型镜头”、“分色滤色片”和“感光层”。

为了提高CCD的采光率，就要增加单一像素的受光面积，但是一味提高采光率很容易导致画质下降。

而“微型镜头”层相当于在感光层前面加上一副眼镜，使得感光面积不受传感器的开口面积影响，而是通过微型镜片的表面积来控制感光面积。

CCD 的第二层是“分色滤色片”，用于分离RGB色彩。

CCD最为重要的是第三层“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源信号转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。

1.2 CMOS图像传感器CMOS(互补性氧化金属半导体，ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)，与CCD类似，在数码相机CMOS中也是可以记录光线变化的半导体。

它主要是由硅和锗这两种元素做成的，在CMOS上共存着带N(带正电)级和P(带负电)级的半导体，受光之后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的缺点就是容易出现噪点，这主要是因为早期的设计结构使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。

2 CCD与CMOS的优缺点比较CCD具有的优点很多，包括灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等。

CCD传感器与CMOS传感器的区别

CCD传感器与CMOS传感器的区别CCD是电荷耦合器件(charge-coupled device), 它使⽤⼀种⾼感光度的半导体材料（p-Si）制成，能把光转变成电荷。

在⼀个⽤于感光的CCD中，有⼀个光敏区域（硅的外延层），和⼀个由移位寄存器制成的传感区域。

图像通过透镜投影在⼀列电容上（光敏区域），导致每⼀个电容都积累⼀定的电荷，⽽电荷的数量则正⽐于该处的⼊射光强。

如图在栅电极（G）中，施加正电压会产⽣势阱（黄），并把电荷包（电⼦，蓝）收集于其中。

只需按正确的顺序施加正电压，就可以传导电荷包，如图1所⽰。

图1 CCD像元及转移⽰意图多个像素电荷转移如图2所⽰，⼀旦电容阵列曝光，⼀个控制回路将会使每个电容把⾃⼰的电荷传给相邻的下⼀个电容（传感区域）。

图2 多像元转移⽰意图阵列中最后⼀个电容⾥的电荷，则将传给⼀个电荷放⼤器，并被转化为电压信号。

通过重复这个过程，控制回路可以把整个阵列中的电荷转化为⼀系列的电压信号，如图3所⽰。

图3 CCD读出电路⽰意图CMOS是互补型⾦属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）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，利⽤这个⼯艺产⽣的成像传感器称为CMOS成像传感器。

⽬前其基本结构是⼀个光电⼆极管，⼀个浮置栅，传输门，复位门，选择们以及源级跟随读出管构成，称为4T单元结构。

如图4所⽰。

图4 典型的4管像元结构其他结构有三管结构和⼆管结构，如图5所⽰。

图5 三管像元结构(左)和⼆管像元结构(右)CCD图像传感器和CMOS图像传感器的主要区别如下：1.成像过程CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理相同，都是把光⼦转换为电荷，如图6所⽰图6 光电转换⽰意图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，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有⼀个（或少数⼏个）输出节点统⼀读出，其信号输出的⼀致性⾮常好；⽽CMOS芯⽚中，每个像素都有各⾃的信号放⼤器，各⾃进⾏电荷-电压的转换，其信号输出的⼀致性较差，数以百万的放⼤器的不⼀致性却带来了更⾼的固定噪声，这⼜是CMOS相对CCD的固有劣势。

CMOS与CCD的灵敏度比较

CMOS和CCD是两种不同的光电转换技术，两者也经历了不同的技术发展阶段。

当前CMOS图像传感器科技发展迅猛，整个安防领域从Sensor端开始竞争白热化，在Ipcam、模拟高清的噱头效应下，已经很少有人关注CCD，这从绝大多数安防企业不再向Sony下计划，以及传闻Sony计划停产CCD就能看出端倪。

但从CMOS和CCD的比较而言，了解两者之间的差异，在琳琅满目的传感器应用方案面前，根据实际应用进行选择，选对方案，有很重要的实际意义，特别是在激烈竞争中的战略选型。

下面就两种图像传感技术的主要特点差异在应用端的实际意义进行简单的描述。

CCD图像传感器和CMOS图像传感器的主要技术指标有像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率和信噪比，等等。

帧率代表单位时间所记录或者播放的图片的数量，连续播放一系列图片就会产生动画效果，根据人类的视觉系统，当图片的播放速度大于15幅/秒的时候，人眼就基本看不出来图片的跳跃;在达到24幅/s～30幅/s之间时就已经基本觉察不到闪烁现象了。

每秒的帧数，或者帧率表示图形传感器在处理场时每秒钟能够更新的次数。

高的帧率可以得到更流畅、更逼真的视觉体验。

靶面尺寸，也就是图像传感器感光部分的大小。

一般用英寸来表示，和电视机一样，通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度，如常见的有1/3英寸，靶面越大，意味着通光量越好，而靶面越小则比较容易获得更大的景深。

比如1/2英寸可以有比较大的通光量，而1/4英寸可以比较容易获得较大的景深。

自Sony创造Super HAD CCD到EXVIEW HAD CDD一直统治着CCD 甚至整个安防领域的市场。

除了品牌效应、品质信心、需求惯性以外，是因为CCD最大的产品特性就是感光灵敏度更好，EXVIEW HAD CCD更是在近红外成像部分有更大的突破，夜视效果更佳出色。

国产MCCD采取首创三级Fd技术，更是在CCD基础上取得了更高的灵敏度和动态范围，可以呈现更完美的夜视效果。

CCD与CMOS的差异对比

CCD与CMOS的差异对比
1、CMOS－采用滚动曝光（rolling shutter）,在监控目标物品快速移
动时画面容易产生拖尾、重影(见图一)，并容易产生色飘（见图二）
图一
图二
2、CMOS－采用全景曝光（global shutter）,每一帧图像都可清晰、
适合的图像分辨率，在监控目标快速移动时画面真实，适合大型平安城市治安及路面监控的需求（图三、图四）。

图三
图四
3、CMOS－没有快门概念，在高亮场景会出现过度曝光现象
4、CCD－可以设置快门，也可适应外界光线的变化（快门值
1/50`~1/10000连续可调），另通过设置快门可对快速运动物体捕捉。

5、摄像机的清楚度取决于图像传感器的性能，CCD与CMOS两种感
光芯片相比，CCD传感器在低照度、分辨率、噪声控制、高质量图像输出、动态影像表现方面都要优于COMS，所以绝大部分专业摄像机仍是选择CCD作为感光芯片，且高清百万像素网络摄像机选用的Sony最高级ICX系列感光芯片具超低敏捷度照度，在黑暗的环境下取得更清楚的图像，是普通摄像机无法实现的。

6、武汉市公安局在《武汉市城市视频监控系统适用产品供货资格（第
一批）政府采购项目》招标文件中对IP摄像机产品要求“采用1/3英寸CCD传感器”。

CCD摄像头和CMOS摄像头差异

CCD和CMOS都是利用感光二极管（Photodiode）来进行光电转换的。

接收的光线越强、电荷越多；光线越弱，电荷越少。

通过这种方式，将拍摄的景物转变成携带电荷数量不一样的多个像素点。

CCD和CMOS的主要区别在于数据放大和传输顺序的不同。

在曝光后，CCD将每一行的每一个像素产生的电荷按顺序传入一个缓冲区中，统一由放大器进行放大，然后一起转换成数字信号输出；而CMOS的每个像素旁都连接着一个放大转换器，把每一个像素的信号放大并且转变成数字信号，最后一并输出。

原理上的不同导致CCD和CMOS在很多方面都存在差异。

CMOS的感光度比CCD 低，因为CMOS上每个像素都包含了放大与转换电路，单一像素感光区域的面积比CCD要小；CMOS的成本比CCD低；CMOS由于每一个像素单独放大，很难达到所有像素放大同步的效果，所以图像效果比CCD差；CMOS耗电量比CCD低，因为CCD需要外加电压把电荷“驱赶”到传输通道中去，而CMOS不需要这么做。

CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。

但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。

CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。

但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。

在相同像素下CCD的成像往往通透性、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。

机器视觉之CCD与CMOS对比

机器视觉之CCD 与CMOS 对比图像传感器，也叫感光元件，是一种将光学图像转换为电子信号的设备，是工业相机、数码相机等电子光学设备的核心部件。

根据原件的不同，可分为CCD 和CMOS 两大类。

CCD 是应用在摄影摄像方面的高端技术元件，CMOS 则应用于较低影像品质的产品中。

那它们之间的区别有哪些呢？这里用一个表格来分析它们之间的区别，见下图：由各自自身的特点决定，CCD 更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X 光影像、和其他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。

CMOS 能应用当代大规模半导体集成电路生产工艺来生产，如今CMOS 的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合，如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。

CCD 起步早，且在上世纪末的25年里，CCD 技术一直统领着图像传感器件的潮流。

而随着科学不断的进步，作为图像传感器，CMOS 已经克服早期的许多缺点，在其本身具备的集成性、低功耗、低成本的优势基础上，噪声与敏感度方面有了很大的提升，与CCD 传感器差距不断缩小，发展到了在图像品质方面可以与CCD 技术较量的水平。

CCD 和CMOS 图像传感器各有利弊，在整个图像传感器市场上它们相互竞争又相互补充，在有些时候，两种传感器之间是互补的，可以适用在不同的应用场合。

对于工业相机选择传感器的问题，要以满足机器视觉系统需求为标准；对机器视觉系统的选择，要以生产检测、工况监控等需求为标准，根据需求选择合适的传感器就行了。

对于机器视觉系统、工业相机来说，不论是哪种传感器更为强大，他们技术的进步都将极大推动工业相机市场及机器视觉行业的发展。

成像过程集成性噪声速度其他优点缺点应用领域CCDCMOS光学信号转换成电荷信号，再经过放大和转换，由一个输出节点统一读出。

CMOS和CCD成像系统优劣之争

智能传感技术大作业CMOS和CCD成像系统优劣之争班级：021152学号：02115098姓名：李东櫆CMOS和CCD成像系统优劣之争【摘要】随着多媒体、数字电视、数码相机、可视通信等领域的热度逐渐增加，CMOS 图像传感器的应用前景更加广阔。

以数码相机为例，短短几年内，其分辨率就由几十万像素，发展到1000万、2000万像素甚至更高。

CMOS图像传感器逐步侵占传统上由CCD图像传感器覆盖的应用领域，图像传感器的领域正面临着一个重大转折。

而对于CMOS和CCD的优劣，业界也有着很大的争执。

本文将分析CMOS和CCD的成像原理，比较两者在成像质量等各方面的优劣。

一、CCD传感器工作原理电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），是一种新型光电转换器件，用一种高感光度的半导体材料制成，它能存储由光产生的信号电荷。

当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。

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。

它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。

它具有光电转换、信息存贮和延时等功能。

CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。

每个像元就是一个MOS 电容器(大多为光敏二极管)，它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A～1500A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏置电压，就构成1个MOS电容器。

当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。

光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子－空穴对，电子－空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。

这些信号电荷储存在由电极形成的“势阱”中。

MOS电容器的电荷储存容量可由下式求得：QS=Ci×VG×A式中：QS是电荷储存量；Ci是单位面积氧化层的电容；VG是外加偏置电压；A是MOS电容栅的面积。

CMOS图像传感器发展现状

CMOS图像传感器发展现状摘要：文章主要介绍了CMOS 图像传感器的结构、单元电路、发展背景及其发展现状。

1 引言70 年代初期，随着MOS 技术的成熟，三种典型的固体图像传感---电荷耦合器件（CCD）、电荷注入器件（CID）、光敏二极管阵列（PDA）得到了发展。

到80 年代中期，基于这三种固体图像传感器技术的摄像机逐渐投放市场。

在这三种固体图像传感器中，CCD 发展最为迅速。

到90 年代初，CCD 技术已比较成熟，在微光下，具有每个像元几个电子的成像能力，且CCD 技术已得到非常广泛的应用。

目前出售的每种摄录机和PC 相机都是基于CCD 技术。

随着CCD 应用范围的扩大，其缺点逐渐显露出来。

CCD 光敏单元阵列难与驱动电路及信号处理电路单片集成，不易处理一些模拟和数字功能，这些功能包括模/ 数转换器、精密放大器、存贮器、运算单元等元件的功能；CCD 阵列驱动脉冲复杂，需要使用相对高的工作电压，不能与深亚微米超大规模集成（VLSI）技术兼容。

为此，人们又开发了另外几种固体图像传感器技术，其中，最引人注目最有发展潜力的是采用标准的CMOS 技术来生产图像传感器，即CMOS 图像传感器。

到80 年代中期，CMOS 技术逐渐成熟。

90 年代初期，可为数字系统设计百万个或更多晶体管。

采用标准CMOS 技术生产实用像元尺寸质量高的固体图像传感器已成为可能。

已能够制作出尺寸比可见光波长小的CMOS 晶体管结构，可以在一个像元内集成多个晶体管。

采用CMOS 技术可以将图像传感器阵列、驱动和控制电路、信号处理电路、模/数转换器、全数字接口电路等完全集成在一起，可以实现单芯片成像系统。

这种片上摄像机用标准逻辑电源电压工作，仅消耗几十毫瓦的功率。

本文将介绍CMOS 图像传感器的历史背景，描述其基本结构，像元电路及其发展现状。

2 历史背景CMOS 图像传感器能够快速发展，一是基于CMOS 技术的成熟，二是得益于固体图像传感器技术的研究成果。

CCD与CMOS的技术与发展前景比较

CCD与CMOS的技术与发展前景比较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制造工艺较复杂，采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。

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与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转为数字数据，而其主要差异是数字数据传输的方式不同。

由于CCD可以在较大面积上非常有效、均匀地收集和转移产生的电荷并低噪声的测量，因此，在过去20年CCD技术一直是可见光子探测和图像捕获的主要技术。

但是最近10年，随着可以用工业标准制造的CMOS图像传感器的出现，光学测量技术的新纪元已经到来。

由于CMOS图像传感器具有诸如想元内放大、列并行结构，以及深亚微米CMOS处理等独特的优点，是的COMS在一些应用领域成为首选探测器。

到20世纪80年代末期，继CMOS多路开关取代CCD用于红外焦平面阵列的数据独处之后，不仅在低成本成像市场，而且在许多高性能的应用如高端静态数字照相机、高清晰度电视、空间探测及精密测量等方面，CMOS 想感器都有了长足的发展。

与通常CCD像感器不同，CMOS像感器可以在一个芯片甚至在每个像元上实现模拟和数字电路的功能，这样，不仅可以以新颖的、最优化的方法实现已有的光子探测方法，而且也可以用所谓的“智能像元”实现新的测量方法。

因此用于可见光探测的期间已经从CCD转向CMOS像感器。

CCD与CMOS传感器比较1.灵敏度差异由于CMOS传感器的每个像素由四个晶体管与一个感光二极管构成，使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积，因此在像素尺寸相同的情况喜爱，CMOS传感器的灵敏度低于CCD传感器。

CCD与CMOS图像传感器的比较及发展趋势

CCD与CMOS图像传感器的比较及发展趋势CCD与CMOS图像传感器的比较及发展趋势CCD与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管（photodiode）进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。

由于CCD可以在较大面积上非常有效、均匀地收集和转移所产生的电荷并低噪声地测量,因此,在过去20年CCD技术一直是可见光子探测和图像捕获的主要技术。

但是最近10年,随着可以用工业标准制造的CMOS像感器的出现,光学测量技术的新纪元已经到来。

由于CMOS图像传感器具有诸如像元内放大、列并行结构,以及深亚微米CMOS 处理等独特的优点,使得CMOS在一些应用领域成为首选探测器。

到20世纪80年代末期,继CMOS多路开关取代CCD用于红外焦平面阵列的数据读出之后,不仅在低成本成像市场,而且在许多高性能的应用如高端静态数字照相机、高清晰度电视、空间探测以及精密测量等方面,CMOS像感器都有了长足的发展。

与通常CCD像感器不同,CMOS像感器可以在一个芯片甚至在每个像元上实现模拟和数字电路的功能,这样,不仅可以以新颖的、最优化的方法实现已有的光子探测方法,而且也可以用所谓的“智能像元”实现新的测量方法。

因此用于可见光子探测的器件已经从CCD转向CMOS像感器。

本文将从CCD与CMOS结构上的差异出发,对两者的灵敏度、成本、分辨率、噪声及功耗进行了比较,叙述了CCD与CMOS传感器的区别，并介绍未来CMOS的发展前景一、CCD与CMOS传感器比较CCD目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一定的优势，由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很大，但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大等问题也是不可否认的。

而CMOS由于制造工艺简单，因此可以在普通半导体生产线上进行生产其制造成本比较低廉。

CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，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，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。

光感器件CCD和COMS区别

由两种感光器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。

说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。

感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。

CCD/CMOS 是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。

CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。

CCD与CMOS图像传感器特点比较

一、CCD图像传感器
CCD，也被称为电荷耦合器件，是一种特殊的半导体器件，其基本原理是在半导体上通过一系列的电荷感应和电荷转移过程来生成图像。这种传感器的主要优点包括高灵敏度、低噪声、出色的色彩再现能力和相对较高的图像质量。
1、高灵敏度和低噪声：CCD的独特设计使其对光线非常敏感，而且能够将入射的光线转化为电荷，从而在图像传感器中形成明暗对比。同时，其低噪声特性使得图像的细节和清晰度得以保持。
CMOS与CCD图像传感器的未来发展趋势
随着技术的不断进步，CMOS和CCD图像传感器都在不断发展，以适应不断变化的应用需求。在未来，这两种传感器的发展趋势可能包括：
1、CMOS传感器的高性能化：随着CMOS制造工艺的不断进步，CMOS传感器的性能将得到进一步提升。例如，通过改进像素结构、增加读取速度等方式，可以使得CMOS传感器在高分辨率、高灵敏度和高速读取等方面取得更好的表现。
2、色彩再现能力出色：CCD的Bayer滤波器设计可以提供优秀的色彩再现，从而在色彩要求高的应用中，如彩色摄影和视频拍摄中表现出色。
3、图像质量较高：由于CCD的电荷转移特性，其可以提供较高的图像分辨率和对比度，从而在图像的清晰度和细节方面表现出色。
二、CMOS图像传感器
CMOS，全称互补金属氧化物半导体，是一种常见的半导体制造工艺，被广泛应用于各种电子设备中。在图像传感器领域，CMOS因其低功耗、高集成度和低成本等优点而得到广泛应用。
3、实时图像处理能力：CMOS传感器通常与处理电路一起使用，可以实时进行图像处理，这在一些需要即时反应的应用中非常有用，例如在无人驾驶汽车或无人机中。
参考内容
引言
图像传感器在许多领域都有广泛应用，如摄影、监控、医疗成像和科学仪器等。在图像传感器市场上，CMOS和CCD是最常见的两种技术，它们各有优缺点，各有适用的场景。本次演示将对CMOS和CCD图像传感器进行比较研究，并探讨它们的未来发展趋势。

CCD和CMOS传感器的原理及区别

CCD和CMOS传感器的原理及区别1.原理：CCD传感器是一种电容耦合方式的图像传感器。

它由大量的光电二极管和电荷转移通道构成，每个光电二极管负责转换一个像素的光强度为电荷。

当光照射到光电二极管上时，产生的电子会在电荷转移通道中移动，并最终被放大和读出。

CCD传感器通过将每个像素的电荷转移到电压转换器上，并将其转换为数字信号进行处理。

CMOS传感器采用的是很多个转换器的阵列，每个转换器负责一个像素的光电转换。

它通过在每个像素上放置一个光电转换器（photodiode）来实现光电转换的功能。

当光照射到光电转换器上时，产生的电荷会被转换为电流并放大。

每个像素的电荷转换和信号放大均在该像素内部进行，然后将信号转换为数字信号。

2.区别：2.1结构上的差异：CCD传感器中包含了大量的光电二极管和电荷转移通道，这些元件通过硅片上的电荷转移线连接在一起。

相比之下，CMOS传感器中每个像素都有自己的光电转换器和信号放大器，这些像素之间相对独立。

2.2功耗和集成度：CMOS传感器由于每个像素都有自己的转换器和信号放大器，因此可以实现更高的集成度。

而CCD传感器则需要更多的外部元器件来实现信号放大和处理，因此功耗相对较高。

2.3噪点和灵敏度：CMOS传感器中每个像素的转换器都可以进行个别调整，从而提高噪点和灵敏度的性能。

而CCD传感器在这方面的性能相对较差。

2.4帧率和响应速度：CMOS传感器的帧率和响应速度相对较高，每个像素操作独立，可以在更短的时间内进行读取和处理。

而CCD传感器由于采用电荷传递机制，其帧率和响应速度较慢。

2.5动态范围：CMOS传感器的动态范围相对较窄，在高光和低光强度之间的转换能力较弱。

而CCD传感器具有更宽的动态范围，可以在不同光照条件下提供更好的图像质量。

综上所述，CCD传感器和CMOS传感器在原理、结构和性能方面存在一些区别。

CMOS传感器由于其结构上的特点，具有功耗低、帧率高、响应速度快等优势，适用于需要高速图像采集的应用场景。

CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用

CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用CCD 监控摄像机目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一定的优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很大），但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大等问题也是不可否认的。

而CMOS由于制造工艺简单，因此可以在普通半导体生产线上进行生产，其制造成本比较低廉。

CCD 和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来比较两者主要存在的区别：（a）信息读取方式不同CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位的实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。

CMOS 传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。

（b）速度有所差别CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的输出信息，速度较慢；而CMOS传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图象信息，速度比CCD快很多。

（c）电源及耗电量CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。

（d）成像质量CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有一定优势。

由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪声对图象质量影响很大。

CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的。

内部结构（传感器本身的结构）CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。

光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。

CMOS图像传感器与CCD的比较

摘要：上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念，CMOS图像传感器全称互补金属氧化物半导体图像传感器（CMOS—Complementary Metal Oxide Semiconductor），CCD 全称电荷耦合器件图像传感器（ CCD—Charge-couple Device）。

二者的研究几乎是同时起步的，固体图像传感器得到了迅速发展。

CMOS图像传感器由于受当时工艺水平的限制，图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。

CCD图像传感器因其光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点，一直主宰着图像传感器市场。

CMOS 和CCD图像传感器都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。

CMOS 和CCD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。

本文将详细介绍CMOS图像传感器与CCD至今的比较。

图11 CMOS和CCD图像传感器基本原理介绍1.1 CMOS图像传感器工作原理介绍图2所示为CMOS图像传感器工作原理框图。

光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷F电压转换#这种信号转换与读出技术的不同对两种图像传感器的结构、性能及其性能的限制产生明显的影响，相机的大部分功能集成在图像传感器芯片上，这使传感器的功能应用弹性较小，但由于集成度高、结构紧密CMOS相机可应用于小尺寸摄像,可适应恶劣的环境$具有更高的可靠性.图2 CMOS图像传感器工作原理框图其特点有：1）传感器内部芯片集成度高，而外围电路简单；2）光子转换为电子后直接在每个像元中完成电子电荷-电压转换。

图3 CCD图像传感器工作原理框图其特点有：1）曝光后光子通过像元转换为电子电荷包；2）电子电荷包顺序转移到共同的输出端；3）通过输出放大器将大小不同的电荷包转换为电压信号。

2 CMOS图像传感器与CCD的特性比较CMOS图像传感器与CCD相比具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点，但其图像质量（特别是低亮度环境下）与系统灵活性与CCD相比相对较低,由于具有上述特点，它适合大规模批量生产，适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用，如保安用小型(微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域CMOS图像传感器相比，具较好的图像质量和灵活性，仍然保持高端的摄像技术应用，如天文观察、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高性能工业摄像、大部分科学与医学摄像等应用CCD器件的灵活性体现为与采用CMOS器件相比,用户可构建更多不同的摄像系统CMOS图像传感器相比，在价格方面，目前几乎相等。

CCD与COMS的区别优缺点

像机图像传感器应用现状自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控系统摄像机的核心器件。

CMOS与CCD技术自诞生以来，它们的抢位之争自诞生至今就没有停止过。

正如您所知道的一样，目前安防监控摄像机的图像传感器基础技术，主要也是CCD和CMOS两种技术。

目前市面上的模拟摄像机多是CCD为主，而网络摄像机特别是今年兴起的百万像素级高清网络摄像机，尤以CMOS技术应用居多。

其实CMOS图像传感器与CCD图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展，通常用于一些电脑摄像头、手机摄像头等对画质要求不高的电子产品等设备上，以至于CMOS成了低端的代名词。

而CCD器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素多等优点一直主宰着图像传感器市场。

由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为近年来研究的热点。

现在CMOS图像传感器不但应用于市场上千万像素级的中高端DSLR单反相机，也成为安防监控行业百万像素高清网络摄像机首选图像传感器件。

CMOS和CCD技术的差异CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。

这种转换的原理与“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，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。