kejizaijinbu，shichangyerixinyueyi
，yingxiangchanpinjingzhenglideyinsubuzaizhishijishu，haibaokuoshangyeliyi。tuxiangchuanganqideyingyongfanweiyefashenglebianhua，xuyaomanzugengduobutongdexuqiu。

　　

有一些應用是CMOS成像器的強項
，另一些則是CCD的de優you勢shi。在zai本ben文wen中zhong
，我wo們men也ye不bu討tao論lun孰shu強qiang孰shu弱ruo
，隻zhi是shi深shen入ru探tan討tao一yi下xia這zhe兩liang種zhong圖tu像xiang傳chuan感gan器qi在zai不bu同tong領ling域yu的de應ying用yong和he發fa展zhan情qing況kuang，以yi方fang便bian大da家jia根gen據ju自zi身shen的de實shi際ji情qing況kuang作zuo出chu正zheng確que的de選xuan擇ze。

　　

 

　　

數碼相機

 

早期
，在數碼相機領域，CCD是無可爭議的霸主，絕大部分數碼相機都采用CCD成像

，隻有佳能在自己的高端單反相機型號上采用CMOS元件。不過近年來，CMOS發展勢頭迅猛
，幾乎已經在家用單反相機中一統江湖。

 

CCD元件的色彩飽和度好，圖像較為銳利，質感更加真實
，特別是在較低感光度下的表現很好。不過，CCD元件的製造成本高
，在高感光度下的表現不太好，而且功耗較大。

 

CMOS的色彩飽和度和質感則略差於CCD，但處理芯片可以彌補這些差距。重要的是
，CMOS具備硬件降噪機製，在高感光度下的表現要好於CCD，此外，它的讀取速度也更快。

 

這些特性特別適合性能較高的單反相機，因此目前市場中常見的單反數碼相機幾乎都采用了CMOS傳感器。這些裝備了CMOS傳感器的數碼相機甚至具備了拍攝全高清（FullHD）視頻的能力，這是使用CCD的數碼相機目前無法做到的。

CMOS另一個優勢就是非常省電，隻有普通CCD的1/3左右。雖然CMOS元件在低感光度下的表現比CCD差，特別是在小尺寸的家用消費類相機成像元件上，由於像素麵積小，這個缺陷就更為明顯。

 

但背照式CMOS（backsideilluminatedCMOS）傳感器的出現，解決了這一問題。

 

目前的態勢是：CMOS已經占據了可更換鏡頭的高端數碼相機市場
，並借助背照式CMOS殺入消費類數碼相機市場。

 

　　

萊卡相機

 

目前在數碼相機領域，目前隻有萊卡公司的多款數碼產品以及一些中畫幅數碼相機或數碼後背仍然在使用CCD傳感器，這是因為不同產品對畫質有著不同的要求
，所以那些中畫幅的數碼產品也的價格也往往會高出普通數碼相機許多。

　　

 

數碼攝像機

　　

首先，我們先了解一下CCD攝像機的工作方式：被攝物體的圖像經過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據光的強弱積累相應比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控製下
，逐點外移，經濾波、放大處理後，形成視頻信號輸出。

　　

視頻信號連接到監視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。CCD在工作時，上百萬個像素感光後會生成上百萬個電荷，所有的電荷全部經過一個“放大器”進行電壓轉變，形成電子信號，因此，這個“放大器”就成為了一個製約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出
，就像千軍萬馬從一座橋上通過
，當數據量大的時候就發生信號“擁堵”
，而HDV格式卻恰恰需要在短時間內處理大量數據，因此，在民用級產品中使用單CCD無法滿足高速讀取高清數據的需要。

　　

CCD器件由矽材料製成

，對近紅外比較敏感，光譜響應可延伸至1.0um左右。夜間隱蔽監視時
，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環境情況
，在監視器上卻可以清晰成像。但是CCD傳感器表麵有一層吸收紫外的透明電極
，所以CCD對紫外不敏感。

　　

CMOS在工作時，每個像素點都有一個單獨的放大器轉換輸出，因此CMOS沒有CCD的“瓶頸”問題
，能夠在短時間內處理大量數據
，輸出高清影像，因此也能都滿足HDV（高清數碼攝像機）的需求。

　　

另外，CMOS工作所需要的電壓比CCD低很多

，功耗大約隻有CCD的1/3。因此
，電池尺寸可以做得更小
，使得攝像機的體積也就做得更小。而且
，每個CMOS都有單獨的數據處理能力

，這也大大減少的集成電路的體積，這也讓高清數碼攝像機得以實現小型化。

　　

另外

， CCD傳感器通常能看到照度是0.1~3Lux，CMOS傳感器的感光度一般在6到15Lux的範圍內，CCD是CMOS傳感器感光度的3到10倍，且CMOS傳感器有固定比CCD傳感器高10倍的噪音，固定的圖案噪音始終停留在屏幕上好像那就是一個圖案。因此在早期，大量應用的所有攝像機都是用了CCD傳感器
，CMOS傳感器一般用於低端的家庭安全方麵。

　　

但是
，也有例外，就CMOS傳感器可以做得非常大並有和CCD傳感器同樣的感光度，CMOS傳感器非常快速，比CCD傳感器要快10到100倍，因此非常適用於特殊應用如HDV（高清數碼攝像機）或者高幀攝像機。

CMOS傳感器可以將所有邏輯和控製環都放在同一個矽芯片塊上，可以使攝像機變得簡單並易於攜帶，因此CMOS攝像機可以做得非常小。

 

隨著CMOS在製造工藝和影像處理技術上的不斷突破

， CMOS的前景也越來越樂觀。高清數字影像的普及更是CMOS技術發展的一個難得機遇。

而且，與CCD相比，CMOS的製造原理更加簡單，體積更小，功耗可以大大的降低。種種跡像表明：盡管從目前的狀況看，CMOS與CCD圖像傳感器的應用市場仍然有一個分界，但這個界限已經越來越模糊。

　　

　　

由於CCD感光單元有效麵積大，在光照強度較低的環境中，能相對清晰地呈現出被攝物體原貌。相反，CMOS傳感器靈敏度低，ISO感光度差，低照時成像清晰度大大降低。所以
，在低照度環境下
，如燈光較暗的停車場、樓梯間、封閉通道和暗室等，宜選用感光靈敏的CCD攝像機。

　　

　　

CMOS傳感器可以將所有邏輯和控製環都放在同一個矽芯片塊上
，使攝像機變得簡單靈巧，因此CMOS攝像機可以做得非常小。而CCD攝像機限於外圍複雜電路影響
，體積無法做到CMOS般微型化。對於道路、門口等攝像機易受不法分子攻擊破壞的場合，選用CMOS攝像機能達到隱蔽執法、避免攻擊的作用。

　　

　　

CCD結構中由於每行僅有一個ADC,信號放大比例一致，所以圖像還原真實自然、噪點低，在對畫質要求苛刻的場合宜選用CCD攝像機。

　　

　　

前麵提到過
，CCD傳感器在數據處理方麵存在“瓶頸”。而 CMOS傳感器不需要複雜的處理過程
，直接將圖像半導體產生的光電信號轉變成數字信號
，因此處理非常快。這個優點使得CMOS傳感器對於高幀攝像機非常有用
，速度能達到400到2000幀/秒。所以對於高速攝像場所
，選用CMOS攝像機效果更佳。

　　

 

　　

手機CMOS傳感器

 

　

行車記錄儀

 

我們知道相比於CCD傳感器，CMOS傳感器在功耗、體積及製造成本方麵有著不可比擬的優勢，而這些正在生產廠家在大規模市場應用中絕對不可忽視的因素。得益於智能手機、汽車行駛記錄儀及網絡監控市場近幾年的高速增長

，CMOS傳感器在資金、技術投入方麵獲得了巨大支持。

 

據估測，受手機市場和汽車市場的推動，CMOS圖像傳感器市場從2014年開始
，至2020年間的年均增長率將保持在10.6％左右
，到2020年，市場規模預計將達到162億美元。

 

　　

CMOS市場藍圖

　　

為了實現低能耗和小型組件的高度集成
，CMOS設計師開始關注開發手機成像器——世界上規模最大的成像器應用。大量資金投入到開發和微調CMOS成像器及其生產工藝方麵。正因為此

，CMOS成像器的圖像質量即使在像素尺寸收縮的情況下仍然大為改善。

　　

CCD成cheng像xiang質zhi量liang好hao，但dan是shi製zhi造zao工gong藝yi複fu雜za
，能neng夠gou生sheng產chan的de廠chang家jia也ye比bi較jiao少shao，價jia格ge也ye相xiang對dui來lai說shuo比bi較jiao高gao，並bing且qie功gong耗hao也ye很hen高gao，因yin此ci，不bu適shi合he在zai移yi動dong設she備bei上shang使shi用yong。而erCMOS傳感器耗電低，但是畫質水平比不上CCD，不過隨著技術的提高，COMS的畫質已經逐步趕上了CCD,另外
，在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，所以目前市麵上的手機攝像頭都采用CMOS傳感器。

　　

通常CMOS傳感器又會分為：背照式CMOS傳感器和堆棧式CMOS傳感器。

 

　　

背照式CMOS傳感器

　　

　

堆棧式CMOS

　　

所謂背照式CMOS傳感器其實是與傳統正照式CMOSchuanganqixiangduide。jiandanlaishuojiushijiangguangdianerjiguanhebuxiancengjinxingduitiao，congerrangguangxianshouxianjinruganguangdianerjiguan，congerzengdaganguangliang
，xianzhutigaodiguangzhaotiaojianxiadepaishexiaoguo。xiangwomensuoshuzhideiPhon
、小米
、魅族都是搭載的這類傳感器。

 

而堆棧式CMOS傳感器則是背照式CMOS傳感器的衍生產物，它是目前手機攝像頭中應用最廣泛的一種
，也是最先進的一種
，屬於索尼的獨家技術。

 

堆棧式CMOS傳感器使用有信號處理電路的芯片替代了原來背照CMOS圖像傳感器的支持基板，在芯片上重疊形成背照CMOS元(yuan)件(jian)的(de)像(xiang)素(su)部(bu)分(fen)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)了(le)在(zai)較(jiao)小(xiao)的(de)芯(xin)片(pian)尺(chi)寸(cun)上(shang)形(xing)成(cheng)大(da)量(liang)像(xiang)素(su)點(dian)的(de)工(gong)藝(yi)。由(you)於(yu)像(xiang)素(su)部(bu)分(fen)和(he)電(dian)路(lu)部(bu)分(fen)分(fen)別(bie)獨(du)立(li)
，因(yin)此(ci)像(xiang)素(su)部(bu)分(fen)可(ke)針(zhen)對(dui)高(gao)畫(hua)質(zhi)優(you)化(hua)，電(dian)路(lu)部(bu)分(fen)可(ke)針(zhen)對(dui)高(gao)性(xing)能(neng)優(you)化(hua)。

 

需(xu)要(yao)說(shuo)明(ming)的(de)是(shi)感(gan)光(guang)元(yuan)件(jian)隻(zhi)是(shi)手(shou)機(ji)類(lei)攝(she)像(xiang)頭(tou)組(zu)成(cheng)中(zhong)不(bu)可(ke)或(huo)缺(que)的(de)一(yi)部(bu)分(fen)
，但(dan)不(bu)是(shi)成(cheng)像(xiang)質(zhi)量(liang)的(de)決(jue)定(ding)性(xing)因(yin)素(su)，這(zhe)其(qi)中(zhong)還(hai)包(bao)括(kuo)廠(chang)商(shang)通(tong)過(guo)軟(ruan)件(jian)對(dui)硬(ying)件(jian)的(de)優(you)化(hua)調(tiao)校(xiao)，使(shi)其(qi)讓(rang)人(ren)感(gan)覺(jiao)最(zui)好(hao)的(de)效(xiao)果(guo)，這(zhe)也(ye)是(shi)目(mu)前(qian)各(ge)家(jia)廠(chang)商(shang)在(zai)手(shou)機(ji)攝(she)像(xiang)畫(hua)質(zhi)方(fang)麵(mian)效(xiao)果(guo)差(cha)異(yi)最(zui)大(da)的(de)決(jue)定(ding)性(xing)因(yin)素(su)之(zhi)一(yi)。

 

　

手機攝像頭

　　

　　

看了上麵的內容
，可能容易讓人造成一種錯覺，是不是經過這麼多年的發展，CCD傳感器真的已經被CMOS傳感器全麵超越了呢？其實不然。

　　

自從1610年伽利略將他的望遠鏡對向遙遠的天空，世界上還沒有任何一個事件有如“哈勃”空間望遠鏡如此巨大地改變了人類對宇宙的認識。

 

　　

航天攝像

　　

1990年美國國家航空航天局采用CCD數字成像技術
，將有史以來最大最精確的“哈勃”空間望遠鏡送上了太空軌道。從1.6萬公裏以外的螢火蟲，到相距130億光年的古老星係
，她成功的創造了一個個空間觀測奇跡，包括發現黑洞存在的證據，探測到恒星和星係的早期形成過程。

　　

這就是我們都熟知的哈勃空間望遠鏡中的CCD應用。用一幅圖，就足以證明CCD的偉大。

 

　

哈勃星雲

　　

2011年7月，歐空局為新衛星配十億像素數碼相機。其使用106塊獨立的電子探測器件合成了世界上有史以來為太空計劃建造過的最大像素數碼相機。

　　

這台被稱作“十億像素陣列”的相機安裝在歐洲空間局發射的“蓋亞”探測器上，成為它超靈敏的眼睛。為了探測到比肉眼可見暗數百萬倍的恒星
，蓋亞探測器需要配備超高靈敏度的相機。這台相機就是由106個CCD（電子耦合器件）製作而成的。

 

　

歐空局衛星

　　

中國首顆繞月人造衛星嫦娥一號
，資源一號衛星、嫦娥二號
、海洋一號等眾多航天探測器也都是使用CCD作為超高靈敏度的相機核心部件。這足以說明CCD在太空影像的核心地位。

　　

CCD不bu僅jin是shi超chao高gao清qing成cheng像xiang設she備bei部bu件jian，同tong樣yang有you著zhe極ji強qiang的de耐nai用yong性xing。太tai空kong的de環huan境jing與yu地di球qiu環huan境jing相xiang比bi，不bu用yong多duo言yan
，太tai空kong已yi成cheng為wei高gao寒han的de環huan境jing，平ping均jun溫wen度du為wei零ling下xia270.3℃。

　　

zaitaikongzhong
，gezhongtiantiyexiangwaifushediancibo，xuduotiantihaixiangwaifushegaonenglizi，xingchengyuzhoushexian。rutaiyangyoutaiyangdiancifushe
，taiyangyuzhouxianfushehetaiyangfeng。xiangjizuoweihuoqutaikongyingxiangxinxidehexinbujian，qizaitaikonghuanjingxiadeshoumingzhiguanzhongyaode。erCCD探測器長達幾十年的

　　

設計壽命，完美的滿足了高清和耐用兩個剛性指標。

　　

CCD探測器在航天航空領域不斷的發展，同樣的，其在醫用領域，CCD也是最常用的圖像傳感器。近年來，CCD探測器更是突破材料極限，采用新的設計思路，使得CCD探測器能夠輸出大幅麵動態影像
，在醫學臨床診斷上有裏程碑式的意義。醫用CCD技術，與航天航空CCD技術一脈相承，可以說，有著非常過硬的質量和廣泛的應用前景。

　　

Medical醫用顯微內窺鏡。利用超小型的CCDshexiangjihuoguangxiantuxiangchuanshuneikuijingxitong
，keyishixianrentixianweishoushu
，jianxiaoshoushudaokoudechicun，jianxiaoshangkouganrandekenengxing，jianqingbingrendetongku。tongshihaikejinxingshishiyuanchenghuizhenhexianchangjiaoxue。
 

實際上

，直到現在，CCD探測器在醫學、航天、航空、遙感模塊轉換圖像幀獲取
、衛星偵察、天文觀測、通訊、交通、機械
、鋼鐵、電子
、計算機、機器人視覺、新聞、廣播、電影、電視、金融、出版、印刷、紡織、食品、照相、文教
、公安

、保衛、家電、旅遊等各個領域一直都有非常強勁和深入的發展。

 

另外，無論是CMOS或是CCD，市場在售的圖像傳感器的價格比全定製圖像傳感器要低得多。如果非要定製，除非變化很小
，那麼定製CCD成像器的價格一般低於定製CMOS的價格。

 

由於CMOS成像器采用的深亞微米掩膜價格較高，因此CMOS成像器的研發價格也相應地高於CCD成像器。此外，CMOS設備需要設計的電路也更多。因此，即使定製CMOS成像器的應用性能較好，但是考慮到價格因素，客戶仍然更加親睞定製CCD成像器。

 

 

多年以前
，當CMOS這種傳感器還並沒有完全被廣泛應用的時候，CCD牢牢占據著當時大部分數碼相機最核心的位置。

隨著科技的發展，技術的不斷提高，CMOS作為後起之秀已經逐漸在取代前者CCD的地位並且不斷的自我改良。優勝劣汰，這是自然中所有行業都要遵循的法則。

 

將來，在照相機市場的主要發展方向任然會是以CMOS作為核心，並在這個基礎上不斷提高CMOS的分辨率以及靈敏度等等。

 

時代在進步，節約成本是每個商家都在堅持的經商法則，CCD的未來不一定在相機市場裏，在其他領域
，CCD也會憑借著自身的優勢而被廣泛的使用。

 

科(ke)技(ji)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)，我(wo)相(xiang)信(xin)在(zai)未(wei)來(lai)的(de)某(mou)一(yi)天(tian)，一(yi)定(ding)會(hui)有(you)更(geng)多(duo)種(zhong)類(lei)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)出(chu)現(xian)
，這(zhe)也(ye)隻(zhi)是(shi)時(shi)間(jian)的(de)問(wen)題(ti)
，到(dao)那(na)時(shi)我(wo)們(men)回(hui)望(wang)過(guo)去(qu)

，看(kan)看(kan)我(wo)們(men)曾(zeng)經(jing)經(jing)曆(li)過(guo)的(de)膠(jiao)片(pian)時(shi)代(dai)
、CCD時代和CMOS時代
，一定會由衷的感歎科技日新月異的飛速發展。

 

本文轉載至傳感器技術。