而后，有人發(fā)現(xiàn)，將計(jì)算機(jī)系統(tǒng)里的一種芯片進(jìn)行加工也可以作為數(shù)字相機(jī)中的感光傳感器，即CMOS，其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢(mèng)寐以求的。業(yè)內(nèi)人士分析，它在不久的將來(lái)可能取代CCD，如今兩者依然共存。許多人認(rèn)為：“感光傳感器，尤其是CCD，是攝像頭最最核心的部件，是數(shù)字相機(jī)的心臟。”而事實(shí)并非如此：感光傳感器，尤其是CCD，在攝像頭中的功能是將透過(guò)鏡頭的光線捕獲并轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，與其說(shuō)是數(shù)字相機(jī)的心臟，不如說(shuō)是數(shù)字相機(jī)的眼睛。在研究級(jí)攝像頭中，CCD或CMOS感光傳感器雖然是十分重要的元部件，在很大程度上決定了攝像頭的像素，但CCD/CMOS芯片在攝像頭的成本中并不占主導(dǎo)位置，尤其是在越高端的領(lǐng)域這一特性表現(xiàn)越為突出。
從技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS有如下四個(gè)方面的不同：
1.信息讀取方式
2.速度
3.電源及耗電量
4.成像質(zhì)量
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)）
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(guò)簡(jiǎn)單的X－Y尋址技術(shù)讀取信號(hào)。
2.外部結(jié)構(gòu)（傳感器在產(chǎn)品上的應(yīng)用結(jié)構(gòu)）
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)的所有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)處理器及控制器等，都可集成到一塊芯片上，還具有附加DRAM的優(yōu)點(diǎn)。只需要一個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)很多功能，因此采用CMOS芯片的光電圖像轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的整體成本很低。
了解三片式CCD傳感器
第一種技術(shù)，也就是使用最普遍的一種技術(shù)，是使用單片式傳感器。這種彩色傳感器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其中包括三個(gè)光學(xué)濾片，用以產(chǎn)生三種原色——紅、綠、藍(lán)——單獨(dú)組成的三幅圖像。這三幅圖像足以在可見(jiàn)光范圍內(nèi)重新生成所有的顏色。這三種顏色的濾片將傳感器上的全部像素分成三組，每種濾片覆蓋三分之一數(shù)目的像素。傳感器后面連接著視頻電路和計(jì)時(shí)信號(hào)發(fā)生電路，它們會(huì)將傳感器采集來(lái)的信號(hào)合成為彩色的復(fù)合視頻信號(hào)。
由于這種攝像機(jī)只有一個(gè)傳感器，所有來(lái)自鏡頭的光線必須分成三份使用。這樣，整個(gè)攝像機(jī)的靈敏度就降低到了原來(lái)的三分之一。又因?yàn)槊恳粋€(gè)分辨率點(diǎn)都必須由三個(gè)不同顏色的點(diǎn)組成，所以分辨率同樣也降低到了原來(lái)的三分之一。但是，由于單片式傳感器的價(jià)格相對(duì)較低，所以它比三片式傳感器（帶棱鏡）應(yīng)用得更廣泛。
三片式傳感器技術(shù)的光路。這就是用來(lái)產(chǎn)生彩色視頻信號(hào)的第二種技術(shù)：鏡頭和三色固態(tài)傳感器之間放有棱鏡，將光線折射到三片傳感器上。
棱鏡的作用是將全部可見(jiàn)光分成三種原色（紅綠藍(lán)）。每個(gè)傳感器都配有自己的視頻電路和計(jì)時(shí)電路，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)顏色的單色視頻信號(hào)。三幅不同顏色的圖像信號(hào)是同時(shí)產(chǎn)生的，但其強(qiáng)度就依該顏色在場(chǎng)景中所占的比例而定。攝像機(jī)最后輸出的復(fù)合視頻信號(hào)是三種顏色信號(hào)的代數(shù)組合。不同顏色信號(hào)在總信號(hào)中所占的比例依代表場(chǎng)景亮度的NTSC制式規(guī)定而確定。三片式傳感器技術(shù)比單片式傳感器技術(shù)的成本高，但它生成的圖像也具有更好的色彩保真度、更高的分辨率和靈敏度。
有一款采用3-CCD器件的彩色攝像機(jī)很是出色，它的鏡頭安裝接口的直徑是2.25英寸（卡口式），這么大的直徑主要是為了配合三片式傳感器和棱鏡的工作。棱鏡將入射光線分成三種原色后，各個(gè)傳感器的輸出信號(hào)經(jīng)混合生成彩色的復(fù)合圖像。將這種攝像機(jī)的顯示結(jié)果與單CCD傳感器攝像機(jī)的顯示結(jié)果相比較，我們不難發(fā)現(xiàn)，每種顏色的像素?cái)?shù)都是原來(lái)的三倍。結(jié)果，圖像的分辨率也提高到了原來(lái)的三倍。圖像中的色彩非常逼近被攝場(chǎng)景中的真實(shí)色彩。攝像機(jī)的分辨率達(dá)到了550 (H) X 350 (V)電視線。這種攝像機(jī)非常適合對(duì)分辨率要求較高的高分辨率S-VHS錄像機(jī)和Hi-8錄像機(jī)使用。S-VHS和Hi-8錄像機(jī)需要接駁YC式信號(hào)（其中Y是照度信號(hào)，C是色度信號(hào)），這種信號(hào)的輸出端子不是普通的BNC接頭，但可以與傳統(tǒng)的復(fù)合視頻信號(hào)系統(tǒng)相兼容。因?yàn)閿z像機(jī)中使用了三片CCD，它的最低工作照度可以低至1英尺燭光，也就是一支臘燭發(fā)出的光。這臻于完美的安全用彩色攝像機(jī)由于可以在低照度下工作，同時(shí)又能保有較高的分辨率，所以常被用來(lái)識(shí)別場(chǎng)景中的人或物，或用于出入口控制中的人員鑒別。
增強(qiáng)型CCD傳感器的光線過(guò)載問(wèn)題
增強(qiáng)器是一種專門設(shè)計(jì)用來(lái)在近黑暗條件下工作的夜間監(jiān)視系統(tǒng)。它不是為明亮燈光照射下的停車場(chǎng)或街道而設(shè)計(jì)的，它的設(shè)計(jì)用途是用于極度缺乏照明的場(chǎng)景，如樹(shù)林、無(wú)照明的外部邊界，黑暗的內(nèi)部邊界，或遠(yuǎn)距離場(chǎng)景等。
SIT、ISIT和其它光敏真空管攝像設(shè)備都需要采取同樣的預(yù)防措施。長(zhǎng)時(shí)間暴露在明亮的點(diǎn)光源下，會(huì)引起永久性的圖像滯留，或損壞光陰極的表面。當(dāng)整個(gè)場(chǎng)景的照度保持相對(duì)一致時(shí)，增強(qiáng)器可以達(dá)到最佳工作狀態(tài)。多云、或月光照耀下的海邊，或漆黑一片的繁茂樹(shù)林，都是增強(qiáng)型攝像機(jī)可以大顯示身手的地方。有些地方有明亮的照明光源點(diǎn)，又有些地方完全黑暗的停車場(chǎng)或貨運(yùn)碼頭，在使用增強(qiáng)型攝像機(jī)觀察時(shí)，畫(huà)面質(zhì)量會(huì)非常差，除非只讓攝像機(jī)觀察不帶光源點(diǎn)的地帶。
由于工作照度的降低，強(qiáng)光引起的場(chǎng)景開(kāi)花現(xiàn)象（Scene blooming，場(chǎng)景內(nèi)的明亮光源所引起的白色過(guò)載點(diǎn)的擴(kuò)散）就成了大多數(shù)攝像機(jī)經(jīng)常遭遇到的問(wèn)題。在低照度攝像系統(tǒng)中，除了偶然的明亮光線或閃光外，整個(gè)場(chǎng)景對(duì)比度非常小，因此這個(gè)問(wèn)題顯得尤其討厭。當(dāng)開(kāi)花現(xiàn)象在畫(huà)面中進(jìn)行時(shí)，圖像會(huì)變得模糊而丟失許多有用的信息。當(dāng)SIT接收到的光線強(qiáng)度超過(guò)正常標(biāo)準(zhǔn)的1000倍時(shí)，圖像開(kāi)花就會(huì)成為嚴(yán)重的問(wèn)題。為了減少這種討厭的過(guò)載，許多SIT和ISIT攝像機(jī)都配有自動(dòng)光圈鏡頭，以在攝像機(jī)工作的整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)提供照度補(bǔ)償。為使攝像機(jī)看到過(guò)于明亮的目標(biāo)（危險(xiǎn)），常常使用快門機(jī)構(gòu)來(lái)自動(dòng)關(guān)閉光線的通道，從而起到保護(hù)傳感器和真空管的作用。
專為低照度工作環(huán)境而設(shè)計(jì)的成像設(shè)備通常不能將低照度場(chǎng)景中的高亮度點(diǎn)正常成像（高亮度點(diǎn)會(huì)浸染到鄰近區(qū)域去）。不同的低照度系統(tǒng)可以不同程度地處理地表火、閃光、車燈，或跑道燈光等強(qiáng)光源。這些強(qiáng)光源所發(fā)出光線的亮度比從場(chǎng)景搜集的殘余光線的亮度要高得多（后者只能為被攝物體提供極少的照明）。強(qiáng)光源釋放的能量通過(guò)空氣和增強(qiáng)器的光學(xué)器件擴(kuò)展，其結(jié)果是聚集的光線在鄰近范圍內(nèi)多次擴(kuò)展，直至其尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)點(diǎn)光源本身應(yīng)占的圖像尺寸，進(jìn)而引起鄰近圖像細(xì)節(jié)的消失。第一代真空管增強(qiáng)器曾飽受這種“開(kāi)花之苦”。第二代增強(qiáng)器由于具有內(nèi)置的飽和度控制功能，因此較少出現(xiàn)開(kāi)花現(xiàn)象。第二代增強(qiáng)器在意外的明亮光線（如汽車前燈、街燈等）的過(guò)載免除方面作出了有效的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)際使用這些設(shè)備，就可以看出三級(jí)式第一代、第二代和第三代增強(qiáng)器的不同之處。在強(qiáng)光點(diǎn)處理方面，第二代和第三代增強(qiáng)器顯示出比第一代增強(qiáng)器更優(yōu)越的性能。
CMOS傳感器與CCD傳感器的比較 CCD，(Charge Coupled Device)，即“電荷耦合器件”，以百萬(wàn)像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬(wàn)像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無(wú)膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線穿過(guò)一個(gè)鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒(méi)有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒(méi)有能力永久保存下來(lái)，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會(huì)不停留地送入一個(gè)“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，一個(gè)信號(hào)處理器以及一個(gè)存儲(chǔ)設(shè)備(比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。1970美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了CCD。二十年后，人們利用這一技術(shù)制造了數(shù)碼相機(jī)，將影像處理行業(yè)推進(jìn)到一個(gè)全新領(lǐng)域。
CMOS,(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。有人發(fā)現(xiàn)，將CMOS加工也可以作為數(shù)碼相機(jī)中的感光傳感器，其便于大規(guī)模生產(chǎn)和成本低廉的特性是商家們夢(mèng)寐以求的。
CCD和CMOS的技術(shù)對(duì)比
從技術(shù)的角度比較，CCD與CMOS有如下四個(gè)方面的不同：
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)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個(gè)電路較為復(fù)雜。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。
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)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能同時(shí)處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。
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(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)能方面具有很大優(yōu)勢(shì)。
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)量相對(duì)CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢(shì)。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(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(wú)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圖像傳感器提供了良好的條件。
目前，CCD技術(shù)主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機(jī)均采用CCD作為光敏傳感器件，像素?cái)?shù)一般為三百萬(wàn)左右。其制造工藝復(fù)雜，功耗大，成本較高。未來(lái)，采用CCD傳感器的數(shù)碼相機(jī)將繼續(xù)朝著提高像素?cái)?shù)，增加拍攝功能，提高照片質(zhì)量的方向發(fā)展，力爭(zhēng)在各項(xiàng)指標(biāo)上早日達(dá)到傳統(tǒng)相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)。
采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機(jī)一般低于130萬(wàn)像素，主要面向以家庭、個(gè)人用戶為主的低端市場(chǎng)。其時(shí)尚化、多功能、價(jià)格低的優(yōu)勢(shì)受到了普通消費(fèi)者的歡迎。國(guó)內(nèi)的數(shù)碼相機(jī)廠商對(duì)CMOS數(shù)碼相機(jī)傾注了極高的熱情，包括海鷗、先科、喜馬拉雅等先后推出了相應(yīng)產(chǎn)品。 CMOS可塑性較高，未來(lái)除了數(shù)碼相機(jī)之外，將在傳真機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、安全偵測(cè)系統(tǒng)等方面得到廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)上CMOS產(chǎn)品不多，但在美國(guó)，包括Intel、ATI在內(nèi)的多家公司都在積極研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品。今年7月，歐洲的獨(dú)立半導(dǎo)體研究機(jī)構(gòu)IMEC公布了兩個(gè)有關(guān)CMOS的研發(fā)項(xiàng)目，其中探索CMOS技術(shù)極限的“Advanced Device Implementation Program”，其目標(biāo)是確立國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)規(guī)劃（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm～30nm的技術(shù)。
首先說(shuō)一下在閉路電視監(jiān)控中攝像機(jī)的CCD 和CMOS 的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡(jiǎn)單的說(shuō)，CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素（pixel）的電荷信號(hào)依序傳入“緩沖器”中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至 CCD 旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián) ADC 輸出；相對(duì)地，CMOS 的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著 ADC（放大兼類比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器），訊號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。
兩者優(yōu)缺點(diǎn)的比較
CCD CMOS
設(shè) 計(jì) 單一感光器 感光器連接放大器
靈敏度 同樣面積下高 感光開(kāi)口小，靈敏度低
成 本 線路品質(zhì)影響程度高， 成本高 CMOS整合集成，成本低
解析度 連接復(fù)雜度低，解析度高 低，新技術(shù)高
噪點(diǎn)比 單一放大，噪點(diǎn)低 百萬(wàn)放大，噪點(diǎn)高
功耗比 需外加電壓，功耗高 直接放大，功耗低
由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真（專屬通道設(shè)計(jì)），透過(guò)每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒(méi)有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。
整體來(lái)說(shuō)，CCD與CMOS 兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異：
ISO 感光度差異：由于CMOS 每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過(guò)多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。
成本差異：CMOS 應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障（Fail），就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無(wú)法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。
解析度差異：在第一點(diǎn)“感光度差異”中，由于 CMOS 每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比 CCD 復(fù)雜，其感光開(kāi)口不及CCD大， 相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過(guò)，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬(wàn)像素 / 全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS 技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅 24mm-by-36mm 這樣的大小。
噪點(diǎn)差異：由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè) ADC 放大器，如果以百萬(wàn)像素計(jì)，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的ADC 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。
耗電量差異：CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但CCD卻為被動(dòng)式， 必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使 CCD 的電量遠(yuǎn)高于CMOS。
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