CCD和CMOS攝像頭成像原理以及其他區(qū)別

CCD的第二層是分色濾色片，目前有兩種分色方式，一是RGB原色分色法，另一個(gè)則是CMYG補(bǔ)色分色法，這兩種方法各有利弊。不過以產(chǎn)量來看，原色和補(bǔ)色CCD的比例大約在2：1左右。原色CCD的優(yōu)勢(shì)在于畫質(zhì)銳利，色彩真實(shí)，但缺點(diǎn)則是噪聲問題。因此一般采用原色CCD的DC，在ISO感光度上多半不會(huì)超過400。相對(duì)的補(bǔ)色CCD多了一個(gè)Y黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細(xì)，但卻犧牲了部分分辨率，而在ISO值上，補(bǔ)色CCD可以容忍較高的感度，一般都可設(shè)定在 800以上。(關(guān)于這兩種分色方式見下圖)

CCD的第三層是感光匯流片，這層主要是負(fù)責(zé)將穿透濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，并將信號(hào)傳送到影像處理芯片，將影像還原。

最后說一下CMOS：

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，其在微處理器、閃存和特定用途集成電路(ASIC)的半導(dǎo)體技術(shù)上占有絕對(duì)重要的地位。CMOS和CCD一樣都是可用來感受光線變化的半導(dǎo)體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所作成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本的功能的。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。

因?yàn)镃MOS結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上講，CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，而CCD是以行為單位的電流信號(hào)，前者更為敏感，速度也更快，更為省電?，F(xiàn)在高級(jí)的CMOS并不比一般CCD差，但目前CMOS技術(shù)發(fā)展還不成熟，這種高質(zhì)量的CMOS還只應(yīng)用于專業(yè)級(jí)別的數(shù)碼相機(jī)上，許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用的是廉價(jià)低檔的CMOS，其成像質(zhì)量比較差。最大的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)噪點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。所以目前如果購買消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)還是要選擇以CCD為影像傳感器的。不過高端的單反相機(jī)還是以CMOS居多。

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。

整體來說，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，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，如果以百萬像素計(jì)，那么就需要百萬個(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。