詳解！CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器，區別在哪？

來源：工業運動控制技術

編輯：感知芯視界 Link

CCD傳感器和CMOS傳感器是目前最常見的兩種數字圖像傳感器，廣泛運用于各類工業相機，個人數碼相機，手機相機及攝像機等數字成像產品。本文談CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的區別。

什么是CCD傳感器？

CCD（ChargeCoupledDevice），即“電荷耦合器件”，它是數字和機器視覺相機中用于捕捉靜止和移動物體的一種傳感器，以百萬像素為單位。數碼相機規格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復印機以及無膠片相機等設備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數據，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數據都會不停留地送入一個“模-數”轉換器，一個信號處理器以及一個存儲設備（比如內存芯片或內存卡）。在CMOS圖像傳感器引入之前，CCD傳感器被工業機器視覺系統廣泛用于質量檢查，檢查和控制。

什么是CMOS成像傳感器？

CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor），即“互補金屬氧化物半導體”，這是一種為集成電路供電的技術。它是計算機系統內一種重要的芯片，保存了系統引導所需的大量資料。CMOS型圖像傳感器及互補金屬氧化物場效應管。其工作原理是，外界光照射到像素陣列后，發生光電效應，在像素單元內產生相應的電荷，最后轉換成數字圖像輸出。CMOS技術為當今的許多電子設備提供動力，包括電池，微處理器，數字和智能手機相機。與CCD傳感器不同，CMOS傳感器不需要特殊的制造技術。

由于二者結構的不同，導致兩者在性能方面也各有所長

CMOS：響應快，功耗低，噪點高，不均勻，畫質受噪聲影響多，ISO較小

CCD：響應慢，功耗高，噪點低，均勻，畫質高，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微處理器使用的傳統制造技術便宜。他們也被認為是更好的能源效率。根據Jacob Fraden的“現代傳感器手冊”，CCD傳感器可以消耗高達100倍的相對CMOS圖像傳感器的功率。

1.信息讀取方式：CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉移后讀取，電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經光電轉換后直接產生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。

2.速度：CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，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的同時就可以取出電信號，還能同時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光電傳感器在節能方面具有很大優勢。

4.成像質量：CCD電荷耦合器制作技術起步早，技術成熟，采用PN結或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優勢。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、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展，為生產高密度優質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

審核編輯 黃宇