数码单反相机CCD和CMOS的区别.pdf

CCD 和 CMOS 的区别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 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在读取这些电荷时， 各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点 但是生产 CC D 需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本数码相机成像过程CMOS 传感器周围的电子器件， 如数字逻辑电路、 时钟驱动器以及模/数转换器等， 可在同一加工程序中得以集成CMOS 传感 器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号） 以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的X－Y 寻址技术读取信号。

外部结构（传感器在产品上的应用结构）CCD 电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经后续地址译码器、 模数转换器、 图像信号处理器处理，并且还须提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度非常低 由 CCD 电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯片，有的多达八片， 最少的也有三片，使 CCD 电荷耦合器制作的数码相机成本较高CMOS 光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数码相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等，都可集成到一块芯片上， 还具有附加 DRAM 的优点只需要一个芯片就可以实现数码相机的所有功能，因此采用CMOS 芯片的光电图像转换系统的整体成本很低CCD CMOS 全称电荷耦合装置Charge Coupled Device 互补金属氧化物半导体Complementary Metal Oxide Semiconductor 价格高低噪声（照片暗部的不规则杂点）低较高耗电量高低影响锐利度高一般动态范围高一般发展趋势技术较为成熟生产厂家众多，技术不断有突破性进展其实， CCD 也有两种：全帧 (full frame)的和隔行 (interline)的。

这两种 CCD 的性能区别非常大总的来说， 全帧的 CCD 性能最好其次是隔行的CCDCMOS 的综合性能最差 full frame CCD 最突出的优势是分辨率和动态范围最弱的地方就是贵，耗电CMOS 最差的地方是分辨率， 动态范围和噪声 优势就是便宜，省电interline CCD 比 CMOS 强的地方在于噪声总的来说，两种CCD 的颜色还原都比 CMOS 强现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame CCD 还是 Interline CCD当然多数都是后者专业级的数码相机，肯定是前者所以， Full frame CCD 和 Interline CCD 间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间当然，专业级数码相机彩用的大面积 CCD 带来的好处更突出数码相机与传统照相机相比的最大区别，在于数码相机用半导体芯片取代了传统摄影用胶卷， 并实现了数字化的影像存储，因而成像芯片对数码相机拍摄质量的影像，就像胶卷对传统摄影拍摄质量的影响一样，举足轻重传统摄影选择胶卷有着很大的灵活性，发现某种牌号 的胶卷质量不理想，可以另购其它牌号的，完全可“ 朝三暮四 ” ，而成像芯片与数码相机构成一个密不可分的整体，是“ 从一而终 ” ，一经选定某种型号的数码相机，成像芯片随之确定而无法更换。

因此，我们必须对数码相机的成像芯片给以足够的关注，既要关注它的类型，又要关注它的分辨率、尺寸、像元尺寸和制作质量成像芯片的种类及质量成像芯片的作用，是将数码相机镜头成在它上面的像转换为电荷输出目前数码相机用成像芯片分为CCD 和 CMOS 两类用 CCD 作成像芯片的数码相机已为人们所熟悉，因为全世界数码相机型号的95％以上，我国市场销售数码相机的100％，都是使用 CCD 作成 像芯片的与 CMOS 相比， CCD 问世较早，具有制作水平高、生产规模大、成像质量高（尤其是噪声水平低）、技术成熟的特点CMOS 是互补金属氧化物半导体器件，它的光电转换功能与CCD 相似，区别主要在于光电转换后信息传送的方式不同CMOS 具有 信息读取方式简单、输出信息速率快、耗电省（仅为CCD 芯片的 1／10 左右）、体积小、重量轻、集成度高、价格低等特点，是未来数码相机理想的成像芯片，但要达到CCD 芯片的成像质量，仍有漫长的路要走，因而目前选购CCD 芯片数码相机是明智之举CCD 芯片又分为线型和面型两大类线型 CCD 芯片的最大特点是分辨率很高， 可拍摄得到 1000万以上像素水平影像的数码相机，都采用线型 CCD 芯片的。

目前线型 CCD 数码相机最高可拍摄得到的像素水平高达 1．3 亿遗憾的是线型CCD 数码相机是扫描型的，曝光方式与平台扫描仪相似，曝光时间特别长，无法拍摄动态物体， 更不能进行闪光拍摄采用面型 CCD 芯片的数码相机的最大特点是可瞬间曝光，应用灵活性大，国内市场上所见到的轻便数码相机和单反数码相机，都采用面型 CCD 芯片，目前最高像素水平为600万成像芯片的分辨率成像芯片的分辨率是数码相机最重要的性能指标，通常用像素数表示，意味着数码相机将镜头成在CCD 芯片上面的像以多少个 “ 点 ”加以记录 这已为越来越多的人所认识，只是还必须注意以下三方面的区别：1．CCD 芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别CCD 芯片分辨率是指芯片上所具有的CCD 像元数；拍摄分辨率是指拍摄时实际参与成像的 CCD 像元数由于数码相机将CCD 芯片上的部分 CCD 像元用于测光、自动聚焦和自动调整白平衡等方面，使得拍摄分辨率总是小于 CCD 芯片分辨率 选购数码相机既要看CCD 芯片分辨率， 更要看可最大拍摄分辨率2．拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别拍摄分辨率是拍摄时实际参与成像的 CCD 像元数；插值分辨率是用软件插值的方法产生得到的，比 CCD 芯片上实际参与成像的像元数更多像素的分辨率。

插值后的像素水平是更高了， 甚至于成倍提高， 但插值将导致影像反差的降低，成像锐度的下降，因此要分清插值分辨率与拍摄分辨率3．线型 CCD 芯片与面型 CCD 芯片分辨率的含义有区别在采用线型 CCD 芯片的数码相机上，由三个像元产生一个影像像素；而面型 CCD 芯片在每一个像元的基础之上都要产生一个像素（将具体像元的信息与周围像元的信息综合得到）因而线型 CCD 数码相机上除了标有正常的分辨率外，还标有相当于面型CCD 数码相机的分辨率，即三倍的数值如目前最高拍摄分辨率为1．3 亿像素水平的数码相机，还标有相当于3．9 亿像素水平购用数码相机， 并非像素水平越高越好， 多高像素水平的数码相机合适，完全取决于我们的实际应用比如，家庭购用数码相机，分辨率一般达到 1500× 1000就可以了，这种像素水平数码相机拍摄所制作的 7、8 英寸的照片，有着完全令人满意的分辨率；用于拍摄网页图像的数码相机，分辨率有1028× 768的影像水平就足够，当然，拍摄网页用图像可以用更价廉的网络照相机（WebCam ）；摄制多媒体课件用图像， 数码相机的分辨率与投影机的分辨率相当即可目前学校中用投影机的分辨率多在800× 600、102 4× 768的像素水平上；婚纱摄影、广告摄影用于摄制大幅面照片的数码相机，像素水平至少在600万以上。

购数码相机后要用于不同的方面，则应按其中高分辨率的应用要求，确定选购数码相机的像素水平成像芯片的尺寸数码相机 CCD 芯片的尺寸，人们很少关心，甚至于一些轻便数码相机的性能介绍上也没有标明CCD 芯片的大小，而随着数码相机像素水平的不断提高， CCD 芯片的尺寸指标显得越发重要无论是摄像机还是数码相机， 只要是面向大众而不是按专业使用设计的，都倾向于使用小尺寸的面型CCD 芯片这一方面是为了降低C CD 芯片制作成本，因为CCD 芯片的面积越大，制作成品率越低，生产成本陡增； 另一方面是使设备小型化、 轻量化的需要，因为只有CCD 芯片尺寸小，镜头、机身的尺寸才可以随之减小在轻便和单反数码相机中所有的CCD 芯片，最小尺寸是卡西欧QV－10、Q V－30 上使用的仅有约2．4mm ×1．8mm 大小；最大尺寸是柯达、佳能单反数码相机EOSDCS1、EOSD6000 、DC S460、DCS560、DCS660上使用的高达27．6mm ×18．4mm，最大的与最小的CCD 芯片成像面积相差上百倍CCD 芯片的制作水平近十几年来每年都会发生突飞猛进的发展，尤其表现在 CCD 芯片中单个像元的尺寸上。

早期的技术无法将CCD 芯片中的单个像元做得很小，1mm 长度上只能制作几十个像元，即单个像元的大小在几十微米而现在 1mm 长度上最多可制作200 多个像元，像元的大小已小到几微米 降低制作成本的需要与制作技术的发展，使得像素水平不断上升的轻便数码相机，仍采用小尺寸的CCD 芯片，如像素水平为640× 480的奥林巴斯 C－400、C－420L 等许多数码相机，采用的是尺寸为1／3 英寸的 CCD 芯片；像素水平为 1280× 960的卡西欧 QV－5000SX轻便数码相机，仍采用1／3 英寸的 CCD 芯片高像素水平的数码相机采用小尺寸的CCD 芯片，对数码相机镜头的分辨率提出了更高的要求，因为数码相机镜头的分辨率应该达到的水平， 与 CCD 芯片单位长度内像元数有关， 即数码照相机镜头应该具有的分辨率≥CCD芯片的成像区横向像元数／CCD 芯片成像区横向尺寸很显然，在芯片像元数一定的情况下，CCD 芯片成像区域越小，要求镜头的分辨率越高如镜头分辨率不能随之升高，就不能发挥每个像元的作用 目前芯片尺寸小而镜头的分辨率又低，是轻便数码相机存在的共性问题， 在选购高像素轻便数码相机时，必须综合考虑CCD 芯片的像素水平、CCD 芯片的尺寸和镜头可能达到的分辨率水平。

由于 CCD 芯片制作成本随尺寸呈几何级数上升，因而不同档次数码相机即使分辨率相同， 。