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，另一個則是CMYG補色分色法，這兩種方法各有利弊。不過以產量來看，原色和補色CCD的比例大約在2：1左右。原色CCD的優(yōu)勢在于畫質銳利，色彩真實，但缺點則是噪聲問題。因此一般采用原色CCD的DC，在ISO感光度上多半不會超過400。相對的補色CCD多了一個Y黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細，但卻犧牲了部分分辨率，而在ISO值上，補色CCD可以容忍較高的感度，一般都可設定在 800以上。(關于這兩種分色方式見下圖)

CCD的第三層是感光匯流片，這層主要是負責將穿透濾色層的光源轉換成電子信號，并將信號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)即互補性金屬氧化物半導體，其在微處理器、閃存和特定用途集成電路(ASIC)的半導體技術上占有絕對重要的地位。CMOS和CCD一樣都是可用來感受光線變化的半導體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所作成的半導體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。

因為CMOS結構相對簡單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產工藝相同，從而生產成本可以降低。從原理上講，CMOS的信號是以點為單位的電荷信號，而CCD是以行為單位的電流信號，前者更為敏感，速度也更快，更為省電?，F(xiàn)在高級的CMOS并不比一般CCD差，但目前CMOS技術發(fā)展還不成熟，這種高質量的CMOS還只應用于專業(yè)級別的數(shù)碼相機上，許多低檔入門型的數(shù)碼相機使用的是廉價低檔的CMOS，其成像質量比較差。最大的缺點就是太容易出現(xiàn)噪點, 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產生過熱的現(xiàn)象。所以目前如果購買消費級數(shù)碼相機還是要選擇以CCD為影像傳感器的。不過高端的單反相機還是以CMOS居多。

兩者優(yōu)缺點的比較

                         CCD 　　　　　　　　　　　CMOS

設計          　 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　     品質影響程度高， 　　　  　   成本高 CMOS整合集成，成本低

解析度 　       連接復雜度低，解析度高 　   　低，新技術高

噪點比 　       單一放大，噪點低 　　　　　   百萬放大，噪點高

功耗比 　       需外加電壓，功耗高 　　　　　直接放大，功耗低

由于構造上的基本差異，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在傳輸時不失真(專屬通道設計)，透過每一個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的制程較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個像素的資料。

整體來說，CCD與CMOS 兩種設計的應用，反應在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪點與耗電量等，不同類型的差異：

ISO 感光度差異：由于CMOS 每個像素包含了放大器與A/D轉換電路，過多的額外設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的感光度會低于CCD。

成本差異：CMOS 應用半導體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負擔的成本和良率的損失;相對地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個像素故障(Fail)，就會導致一整排的訊號壅塞，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的制造成本相對高于CMOS。

解析度差異：在第一點“感光度差異”中，由于 CMOS 每個像素的結構比 CCD 復雜，其感光開口不及CCD大， 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時，CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經可達到1400萬像素 / 全片幅的設計，CMOS 技術在量率上的優(yōu)勢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。

噪點差異：由于CMOS每個感光二極體旁都搭配一個 ADC 放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的ADC 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產品，但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達到放大同步的效果，對比單一個放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪點就比較多。

耗電量差異：CMOS的影像電荷驅動方式為主動式，感光二極體所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動式， 必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。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計和耐壓強度，高驅動電壓使 CCD 的電量遠高于CMOS。