CCD与CMOS的区别.doc

1、浅谈 CCD 和 CMOS 的区别日期： 2005-2-25 18:31:59 人气： 10103 大 中 小有鉴于许多网友询问 CCD 与 CMOS 的主要差别。我们暂时撇开复杂的技术文字，透过简单的比较来看这两种不同类型，作用相同的影像感光元件。 不管，CCD 或 CMOS，基本上两者都是利用矽感光二极体（photodiode）进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。比较 CCD 和 CMOS 的结构， ADC 的位置和数量是最大的不同。简单的说，按我们在

2、上一讲“CCD 感光元件的工作原理（上）”中所提之内容。CCD 每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至 CCD 旁的放大器进行放大，再串联 ADC 输出；相对地，CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着 ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。两者优缺点的比较CCD CMOS 设计 单一感光器 感光器连接放大器 灵敏度 同样面积下高 感光开口小，灵敏度低 成本 线路品质影响程度高，成本高 CMOS 整合集成，成本低 解析度 连接复杂度低，解析度高 低，新技术高 噪点比 单一放大，

3、噪点低 百万放大，噪点高 功耗比 需外加电压，功耗高 直接放大，功耗低 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD 的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完整性；CMOS 的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。整体来说，CCD 与 CMOS 两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等，不同类型的差异：ISO 感光度差异：由于 CMOS 每个像素包含了放大器与 A/D 转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区

4、域的表面积，因此 相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS 的感光度会低于 CCD。成本差异：CMOS 应用半导体工业常用的 MOS 制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本 和良率的损失；相对地 CCD 采用电荷传递的方式输出资讯，必须另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（Fail），就会导致一整排的 讯号壅塞，无法传递，因此 CCD 的良率比 CMOS 低，加上另辟传输通道和外加 ADC 等周边，CCD 的制造成本相对高于 CMOS。解析度差异：在第一点“感光度差异”中，由于 CMOS 每个像素的结构比 CCD 复杂，其感光开口不及 CCD 大， 相对比较相

5、同尺寸的 CCD 与 CMOS 感光器时，CCD 感光器的解析度通常会优于 CMOS。不过，如果跳脱尺寸限制，目前业界的 CMOS 感光原件已经可达到 1400 万 像素 / 全片幅的设计，CMOS 技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特别是全片幅 24mm-by-36mm 这样的大小。噪点差异：由于 CMOS 每个感光二极体旁都搭配一个 ADC 放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的 ADC 放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的 CCD，CMOS 最终计算出的噪点就比较多。耗电量差异：

6、CMOS 的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但 CCD 却为被动式， 必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要 12 伏特（V ）以上的水平，因此 CCD 还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 CCD 的电量远高于 CMOS。尽管 CCD 在影像品质等各方面均优于 CMOS，但不可否认的 CMOS 具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。 由于数码影像的需求热烈，CMOS 的低成本和稳定供货，成为厂商的最爱，也因此其制造技术不断地改良更新，使得 CCD 与 CMOS 两者的差异逐渐缩小 。新一代的 CCD

7、 朝向耗电量减少作为改进目标，以期进入照相手机的行动通讯市场；CMOS 系列，则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合，藉由后续的影像处理修正噪点以及画质表现， 特别是 Canon 系列的 EOS D30 、EOS 300D 的成功，足见高速影像处理晶片已经可以胜任高像素 CMOS 所产生的影像处理时间与能力的缩短；另外，大尺寸全片幅则以 Kodak DCS Pro14n、DCS Pro/n、DCS Pro/c 这一系列的数码机身为号召， CMOS 未来跨足高阶的影像市场产品，前景可期。坏点和噪点 数码相机的成像元件（CCD 或 CMOS）一般有数百万个感光单元组成，如果某个感光单元损坏，不

8、能成像，即成为坏点（Dead Pixel）。感光元件都有热稳定性的问题，温度升高，噪音信号过强，会在画面上形成杂色的斑点，这就是我们常听说的噪点或是噪音（hot pixel）。坏点的检测方式：打开相机，盖上镜头盖拍摄，理论上图像应该是纯黑色，若有斑点即是坏点或噪点。坏点总在画面的固定位置，而且无论使用怎样的曝光组合或怎样的感光度，始终存在。数码相机的 LCD 也可能有坏点，无论是菜单操作还是浏览图像，也无论用什么比例浏览，在 LCD 上始终存在的点是 LCD 的坏点。LCD 一般没有所谓的噪点。数百万像素的数码相机有一两个坏点，对成像的影响其实并不大，但总归不完美，令人不舒服，遇到有坏点的产品

9、，只有更换。噪点的严重程度不但不同型号的相机差别很大，同一款产品也有个体差异，有条件的话应该多对比几台。噪点的产生：噪点在一般情况下并不存在（除非相机质量过于低劣），随着曝光时间延长、感光度（ISO）调高或相机温度升高（长时间开机）而增加。其实，噪点的检测只是在两机对比时有意义，数值设到多少也没有标准，感光度的设定也一样，看跟谁比，大家都设成一样就能比。其实关于噪点用不着这么复杂，只要觉得图片质量能接受就行。同样的噪点数，颗粒的形态和大小不同都会影响视觉效果。DC 的指标里也没有明确定义噪点值，不同的机子差别比较大，对于不同型号，一般以你是否能接受其效果为准，对于同一型号，可模向比较一下，两台之间是否有比较大的差异，如果有，则说明品质不太稳定，应该多挑两台看看。