xzffzx - 2007-9-4 20:04:00
CMOS传感器与CCD传感器的比较 CCD，(Charge Coupled Device)，即“电荷耦合器件”，以百万像素为单位。数码相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一种感光半导体芯片，用于捕捉图形，广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。与胶卷的原理相似，光线穿过一个镜头，将图形信息投射到CCD上。但与胶卷不同的是，CCD既没有能力记录图形数据，也没有能力永久保存下来，甚至不具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器，一个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡)。CCD有各式各样的尺寸和形状，最大的有2×2平方英寸。1970美国贝尔实验室发明了CCD。二十年后，人们利用这一技术制造了数码相机，将影像处理行业推进到一个全新领域。 CMOS,(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，即“互补金属氧化物半导体”。它是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导所需的大量资料。有人发现，将CMOS加工也可以作为数码相机中的感光传感器，其便于大规模生产和成本低廉的特性是商家们梦寐以求的。
CCD和CMOS的技术对比
从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同：
信息读取方式 CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，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光电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。
速度
CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电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像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。
电源及耗电量
CD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电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。
成像质量
CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。
目前，CCD技术主要掌握在索尼、佳能、奥林巴斯等几大厂商手中。主流的数码相机均采用CCD作为光敏传感器件，像素数一般为三百万左右。其制造工艺复杂，功耗大，成本较高。未来，采用CCD传感器的数码相机将继续朝着提高像素数，增加拍摄功能，提高照片质量的方向发展，力争在各项指标上早日达到传统相机的标准。 采用CMOS传感器的数码相机一般低于35万像素，主要面向以家庭、个人用户为主的低端市场。其时尚化、多功能、价格低的优势受到了普通消费者的欢迎。国内的数码相机厂商对CMOS数码相机倾注了极高的热情，包括海鸥、先科、喜马拉雅等先后推出了相应产品。 CMOS可塑性较高，未来除了数码相机之外，将在传真机、扫描仪、数字摄像机、安全侦测系统等方面得到广泛应用。目前市场上CMOS产品不多，但在美国，包括Intel、TI在内的多家公司都在积极研发相关产品。今年7月，欧洲的独立半导体研究机构IMEC公布了两个有关CMOS的研发项目，其中探索CMOS技术极限的“Advanced Device Implementation Program”，其目标是确立国际半导体技术规划（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm～30nm的技术。
噪点：由于CMOS每个感光二极管都需搭配一个放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪点就会增加很多，影响图像品质。
耗电量：CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；而CCD传感器为被动式采集，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12~18V，因此CCD还必须有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使CCD的耗电量远高于CMOS。CMOS的耗电量仅为CCD的1/8到1/10。
成本：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timinggenerator或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；而CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个像素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平，因此，CCD传感器的制造成本会高于CMOS传感器。
CCD与CMOS传感器的前景
CCD在影像品质等方面均优于CMOS，而CMOS则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异将逐渐减小，新一代的CCD传感器一直在功耗上作改进，而CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足。相信不断改进的CCD与CMOS传感器将为我们带来更加美好的数码影像世界。
CMOS传感器
专门为佳能EOS D30数码单反相机开发的图像传感器是一块大尺寸的CMOS（互补金属氧化
物半导体）传感器，它一共具有325万像素（315万有效像素），传感器面积为22.7 x 1
5.1毫米。
CMOS传感器的主要特性
总像素 325万
有效像素 315万
传感器面积 24.9 mm x 18.1 mm
有效画面面积 22.7 mm x 15.1 mm
像素单元 10.5 μm x 10.5 μm
色彩滤镜 RGB 3色
长宽比 3:2
佳能独特的技术
为了克服低灵敏度、高噪声这些CMOS传感器上常见的问题，佳能引入了3项崭新的技术：
I. 片上消除噪声技术
为了消除每个像素的漂移和噪声，传感器芯片上包含一个特殊的电路，它只吸收噪声信
号而不处理光学信号，可以从光学信号中去处噪声部分。这样传感器就能以很高的信噪
比读取信号。
II.全像素电荷转移技术
为了避免分子运动带来的随机噪声，佳能要实现具有高信噪比的光学传感器。由于每次
读取信号时，初始值都会变化，只依靠片上消除噪音技术无法完全解决这个问题。通过
引入全像素电荷转移技术，能够维持光学信号和噪声信号的一致初始值，让消除随机噪
声和实现高信噪比成为可能。
III.片上模拟处理技术
为了消除噪声并实现高速信号读取性能，芯片上集成了PGA可编程增益放大器。这项革新
有效地降低了噪声，并加速了信号输出（12MHz），让每秒约3张的高速连拍成为可能(单
次对焦自动对焦模式， ISO100)。
CMOS与CCD传感器的不同
CMOS传感器和CCD（电荷耦合器件）读取图像的方式是不同的。在CCD传感器上，光通过
光敏二极管转化为电荷，然后，电荷通过CCD芯片传递到转换器，这可以被描述为一个传
送的过程，最终，信号被放大。相对而言，CMOS传感器的每个像素都具有一个放大器，
能够放大每个像素的信号。这就造成了比CCD传感器更快的数据读取速度，因为后者需要
水平传送电子。而且，由于CMOS传感器可以只读取所需的数据，减小了电源消耗和电子
噪声。更重要的是，CMOS传感器不需要CCD必需的多种操作电压，所以能够在芯片上集成
更多的外围电路并让整个相机的体积更加轻巧。
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。
目前，市场销售的数码摄像头中以CMOS感光器件的为主。在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。
利用coms原理制造的传感器
CMOS（本意是指互补金属氧化物半导体——一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料）是微机主板上的一块可读写的RAM芯 片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电，即使系统掉电，信息也不会丢失。 CMOS RAM本身只是一块存储器，只有数据保存功能，而对CMOS中各项参数的设定要通过专门的程序。早期的CMOS设置程序驻留 在软盘上的(如IBM的PC/AT机型)，使用很不方便。现在多数厂家将CMOS设置程序做到了BIOS芯片中，在开机时通过特定的按键 就可进入CMOS设置程序方便地对系统进行设置，因此CMOS设置又被叫做BIOS设置。 早期的CMOS是一块单独的芯片MC146818A(DIP封装)，共有64个字节存放系统信息,见CMOS配置数据表。386以后的微机一般将 MC146818A芯片集成到其它的IC芯片中(如82C206，PQFP封装)，最新的一些586主板上更是将CMOS与系统实时时钟和后备电池集 成到一块叫做DALLDA DS1287的芯片中。随着微机的发展、可设置参数的增多，现在的CMOS RAM一般都有128字节及至256字节 的容量。为保持兼容性，各BIOS厂商都将自己的BIOS中关于CMOS RAM的前64字节内容的设置统一与MC146818A的CMOS RAM格式 一致，而在扩展出来的部分加入自己的特殊设置，所以不同厂家的BIOS芯片一般不能互换，即使是能互换的，互换后也要对 CMOS信息重新设置以确保系统正常运行. 你认识主板上的BIOS芯片吗？ 介绍常见的BIOS芯片的识别 ROM BIOS是主板上存放微机基本输入输出程序的只读存贮器，其功能是微机的上电自检、开机引导、基本外设I/O和系统CMOS 设置。 主板上的ROM BIOS芯片是主板上唯一贴有标签的芯片，一般为双排直插式封装(DIP)，上面印有“BIOS”字样。虽然有些BIOS 芯片没有明确印出“BIOS”，但凭借外贴的标签也能很容易地将它认出。 586以前的BIOS多为可重写EPROM芯片，上面的标签起着保护BIOS内容的作用(紫外线照射会使EPROM内容丢失)，不能随便撕下。 586以后的ROM BIOS多采用EEPROM(电可擦写只读ROM)，通过跳线开关和系统配带的驱动程序盘，可以对EEPROM进行重写，方便 地实现BIOS升级。 常见的BIOS芯片有AMI、Award、Phoenix等，在芯片上都能见到厂商的标记。
CMOS传感器用于摄像头中的图像感光,CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上.和它用相似的是CCD,CCD是集成在半导体单晶材料上.两者相比CCD的工艺更复杂,成像效果更好,想在的数码相机多用CCD的,当然价格比CMOS要贵.
不过,现在两者实际效果的差距已经减小了不少,
yingzp - 2007-9-5 22:08:00
就是太复杂了，看得我累了。
raymotor - 2008-1-25 12:14:00
目前的看法就是CCD比较锐利一些,CMOS比较肉.但是CMOS是趋势,原因当然是成本,这年头早单反的都是JS中的JS.不过目前来看,CMOS技术再过一代,图象品质应该就和CCD差不多了.CANON的CMOS是可以信赖的,SONY的CCD是可以信赖的.
swt6687 - 2008-3-2 19:04:00
学习了，谢谢！