CCD和CMOS的区别

CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种特殊的半导体器件，由大量的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的。光线透过镜头照射到CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门，CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片诞生了。然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。目前市面上大部分数码相机使用的感光元件是CCD。

我们对CMOS的认识是从佳能公司发布EOSD30的准专业级数码机身开始的。当时许多业内人士都大吃一惊，对采用这种廉价的材料来做感光元件感到不可思议，认为CMOS的成像质量无法满足较高要求的专业用户的需要。那用CMOS做的感光元件在成像质量上真的一无是处吗？还是让我们先来了解一下什么是CMOS吧。CMOS即互补性金属氧化物半导体，其在微处理器、闪存和ASIC（特定用途集成电路）的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD一样都可用来感受光线变化的半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

CCD和CMOS的区别

CCD目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一定的优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很大），但其工艺复杂、成本 高、耗电量大、像素提升难度大等问题也是不可否认的。而CMOS由于制造工艺简单，因此可以在普通半导体生产线上进行生产，其制 造成本比较低廉。

CCD和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来比较两者主要存在的区别：

（a）信息读取方式不同

CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位的实施转移后读取，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。

（b）速度有所差别

CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的输出信息，速度较慢；而CMOS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象信息，速度比CCD快很多。

（c）电源及耗电量
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS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。 

（d）成像质量

CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有一定优势 。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪声对图象质量影响很大。

CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的。

CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线（光 量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中 。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产CC D需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本。 

数码相机成像过程
 

CMOS传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感 器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶体管，以及一个放大器， 覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的X－Y寻址技术读取信 号。

CCD电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经后续地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且还须提供三 组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度非常低。由CCD电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯片，有的多达八片，最少的也 有三片，使CCD电荷耦合器制作的数码相机成本较高。

CMOS光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数码相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像 信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等，都可集成到一块芯片上，还具有附加DRAM的优点。只需要一 个芯片就可以实现数码相机的所有功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的整体成本很低。

其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。这两种CCD的性能区别非常大。

总的来说，全帧的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS的综合性能最差。full frame CCD最突出的优势是分辨率和动态范围。最弱的地方就是贵，耗电。

CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。优势就是便宜，省电。

interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。

总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。

现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame CCD还是Interline CCD。当然多数都是后者。专业级的数码相机，肯定是前者。所以，Full frame CCD 和Interline CCD间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。当然，专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。