描述

成像過程

光電轉(zhuǎn)換CMOS VS CCD圖像傳感器的原理是一樣的。它們的主要區(qū)別在于信號的讀出過程不同。

CCD只有一個（或幾個）輸出節(jié)點統(tǒng)一讀出，其信號輸出的一致性很好。在CMOS芯片中，每個像素都有自己的信號放大器，進行電荷-電壓轉(zhuǎn)換，其信號輸出的一致性較差。但是，為了讀出整個圖像信號。CCD 要求輸出放大器具有較寬的信號帶寬。在CMOS芯片中，每個像素對放大器的帶寬要求較低，大大降低了芯片的功耗。這是 CMOS 比 CCD 功耗低的主要原因。盡管功耗降低了，但數(shù)百萬放大器的不一致性導致了更高的靜態(tài)噪聲，這也是 CMOS 相對于 CCD 的固有缺點。

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2.整合

從制造工藝上看，CCD中的電路和器件都是由半導體單晶材料廠家集成的，工藝比較復雜。世界上只有少數(shù)幾家廠商可以生產(chǎn)CCD晶圓，如DALSA、SONY、Panasonic等。CCD只能輸出模擬電信號，需要經(jīng)過地址譯碼器、模擬轉(zhuǎn)換器和圖像信號處理器進行后續(xù)處理。它還需要提供三組不同電壓的電源同步時鐘控制電路，因此集成度很低。

CMOS 集成到稱為金屬氧化物的單一材料中。這個過程與生產(chǎn)計算機芯片、存儲設備等數(shù)以萬計的半導體集成電路的過程是一樣的。因此，CMOS的生產(chǎn)成本遠低于CCD。同時，CMOS芯片可以將圖像信號放大電路、信號讀取電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、圖像信號處理器、控制器集成在一個芯片中。只需一顆芯片即可實現(xiàn)相機的所有基本功能，集成度非常高。高芯片級相機概念由此誕生。

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隨著CMOS成像技術的不斷發(fā)展，越來越多的公司能夠提供高質(zhì)量的CMOS成像芯片，包括Micron、CMOSIS、Cypress等。

3.速度

CCD采用光敏輸出，逐一輸出，只能按指定程序輸出，速度相對較慢。

CMOS 相機具有更高幀速率的潛力，因為與 CCD 傳感器移位寄存器中的電荷轉(zhuǎn)移相比，讀取每個像素的過程可以更快地完成。對于數(shù)碼相機，曝光時間可以從幾十秒到幾分鐘不等，但最長的曝光時間只有 CCD 相機才有可能，與 CMOS 相比，CCD 相機的暗電流和噪聲更低。CMOS 成像器固有的噪聲將它們的有用曝光限制在幾秒鐘內(nèi)。

4.噪音

CCD技術發(fā)展較早，比較成熟。它采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量較CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。

由于CMOS圖像傳感器集成度高，元器件和電路之間的距離很近，因此會產(chǎn)生一定的干擾，其中噪聲對圖像質(zhì)量影響很大。近年來，隨著CMOS電路降噪技術的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度、高質(zhì)量的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

隨著CMOS圖像傳感器技術的進步，它具有成像速度快、功耗低、成本低等優(yōu)點。因此，現(xiàn)在市面上的工業(yè)相機大多采用CMOS圖像傳感器。

5.應用

在很多應用中，這兩種技術都很重要。一般而言，生命科學以及高端檢測應用（即需要高圖像質(zhì)量的應用，例如顯微鏡）以及需要較長曝光時間的應用通常都需要 CCD 技術一個重要的角色。在這里，CCD 可以利用其暗電流較低的優(yōu)勢。

全局快門 CMOS 技術的應用范圍很廣：從傳統(tǒng)的生產(chǎn)線自動化檢測到交通應用。我們還看到許多 3D 掃描儀應用程序引起了人們的極大興趣。在那里，CMOS 技術是首選，因為它具有較低的功耗和通常較低的成本。雖然并非不可能，但使用滾動快門進行 3D 掃描會更加困難。因此，全局快門 CMOS 傳感器對于任何類型的 3D 掃描應用都特別值得。

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