CCD和CMOS有什么区别？

CCD和CMOS有什么区别？

随着相机和摄像机的普及，将它们用作“成像设备“（或“图像传感器”）的术语“CCD”已变得非常流行。近年来，越来越多的摄像头，使用 CCD 代替传统的 CMOS。有趣的是，我们开始看到 CMOS 应用于高端单反数码相机的例子。这次，我们简单介绍一下典型的图像传感器CCD和CMOS的结构和特点。

如何拍摄“照片”

人类获取视觉信息的过程，简单来讲就是进入眼球的光线通过晶状体和虹膜在视网膜上反射成图像，刺激通过视神经传递到大脑。而模拟相机的基本结构则是用晶状体代替晶状体，用光圈代替虹膜，用卤化银胶片代替视网膜。

数字视频设备中的图像传感器是一种半导体，它取代了眼球中的视网膜和模拟相机中的胶片的作用。具体来说，它是一种感应光线并将其转换为信号的元件。

CCD的出现及其特点

固态设备形式的成像设备首次出现于 20 世纪 60 年代。晶体管、IC等使用的半导体具有光电效应（电子在光照下变得活跃的性质），这一发现让伟大发明“光电晶体管”和“光电二极管”诞生。

在这场开发竞争中，CCD（电荷耦合器件）应运而生，它能够通过将光转换为电荷，然后转换为信号来传输光。第一个CCD于1969年在美国AT&T贝尔实验室研制成功。在设想了多种用途的同时，进行了研究和开发，将其特性应用于图像传感器，并于 1982 年作为摄像机的图像传感器实现了商业化。
构成CCD的元件大致可分为“聚光透镜”、“彩色滤光片”、“受光元件=光电二极管”、“传输电路”（小Tip:作为数码相机性能指标的“像素数”指的是光电二极管的数量）。
射到 CCD 上的光线被聚光透镜分成特定的尺寸，然后通过滤色片引导至光电二极管。光电二极管只能感知光的强度，不能表达灰度或颜色，因此滤色片用于仅通过特定范围内的波长，并将亮度信息转换为颜色数据。
有多种类型的滤色器和光电二极管配置。其中，“单板类型”使用单个滤光片来处理光的三种基色：红色、绿色和蓝色，许多数码相机都使用这种类型，因为可以通过单次快门释放来形成图像；另外，还有一种类型名叫“3CCD”，它具有一个受光部分，但R、G和B滤光片各有一个。另一个例子是扫描仪等中使用的“线阵CCD”。

接收光的光电二极管会根据光的强度产生电荷。然而，每个电荷太小以致于难以按原样执行图像处理。所以，需要在图像处理电路和信号之间放置一个放大器（放大装置）来对信号进行放大。
当快门关闭时，每个光电二极管都会保持少量电荷。当快门打开并且光线照射到光电二极管时，光电二极管会根据照射到它的光的强度产生并积累电荷。接下来，当快门关闭时，通过降低与正在累积电荷的区域相邻的区域中的电荷来移动累积的电荷。通过重复这个操作，CCD将电荷转移到放大器，将其放大，并将其转换为电信号。

CMOS的特点和未来

CMOS图像传感器具有一个放大器与一个光电二极管配对的结构。这是与CCD图像传感器最大的区别。来自每个元件的电荷在传输到图像处理部分之前由放大器放大，从而使得传输过程不易受到噪声的影响。

CMOS图像传感器的最大特点是可以做成“片上系统”。简而言之，由于它可以使用与个人计算机芯片组相同的制造工艺来制造，因此不仅可以制造光电二极管，还可以制造用于成像的各种机构，例如信号放大放大器和传输电路，并且可以将其内置于个体中。

半导体可以做成单芯片，这有利于降低成本，尤其是在量产到一定程度后。它在功耗方面具有优势，因为处理系统可以容纳在单个芯片上，并且随着制造工艺变得更加小型化，读出/传输速度变得更容易提高。

直到几年前，由于设备制造商将开发重点放在了 CCD 上，使用 CMOS 的数字成像设备往往给人一种“廉价或差劲”的印象，其主要原因是图像传感器的预期作用已经下降。
然而，CMOS本身作为一种半导体被应用于多种领域，并且其发展极其迅速。换句话说，CMOS用于其他应用的新技术正越来越多地应用于CMOS图像传感器。此外，由于它是片上系统，可以灵活地适应各种新的创新。例如，夏普的距离成像CMOS传感器将测量物体距离的功能集成到图像传感器本身中，有望应用于使用图像识别的各种系统。
      这就是CMOS图像传感器性能提高的原因。在不久的将来，“要想拍出漂亮的照片，就用CMOS吧！”这会成为常识吗？或者CCD会卷土重来吗？

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