图像传感器之争，CMOS终究要淘汰CCD？

本文来源：物联传媒

本文作者：Vior.Liu

社会和科技的发展、人类的生活已经离不开各式各样的摄像头，而图像传感器是各类相机、和摄像头中最重要的一个部分。总体来说，其原理主要是通过将外界的光信号转换成电信号，通过一系列的转换进行图像显示。

目前市面上使用较多的主要是CCD图像传感器和CMOS图像传感器。从时间进程上来看，虽然两者都是在上世纪60年代诞生，但是CCD要比CMOS早一些。而两者在工作原理、制造工艺、结构和参数上存在着较大的差异。

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差异在哪？

首先CCD传感器基本工作原理是将光照射到每个像素（光敏单元）产生的电荷进行积累。但是需要指出的是，CCD只有一个读出端口，所以每个像素之间的电荷需要进行串行移动至输出端口，通过电荷/电压的转换，一个放大器以及A/D转换后得到图像。

CMOS传感器的工作原理则另辟蹊径，它是在每个像素点的位置进行电荷/电压转换，而不是串行后转换。这也给CMOS带来了与CCD不同的优缺点。相关的优缺点对比，放在后面再说。

由于工作原理不同，造成CCD和CMOS在感光元件结构组成上也有较大差异。CCD在感光元件结构上除了串行用的相邻电荷存储单元，大部分面积都被感光二极管占据。而COMS感光元件相对来说就比较复杂，由于是每个像素点产生电压，所以每个像素点上除了感光二极管外，还有放大器和A/D转换电路，所以这就造成了CMOS的开口率相对较低。所以在控制光照、面积等变量的情况下，CMOS所能获取的光信号要小于CCD，在输出结果上，CMOS所能获取的图像内容质量不及CCD。

从制造上来说，CCD的制造主要是集成在半导体单晶材料上，并且制造工艺相对复杂，核心技术主要掌握在日本企业手中，例如索尼、松下。说回来，其实，CMOS是集成在金属氧化物的半导体上，制造工艺也相对来说比较常见，与计算机芯片差别不大，如用于逻辑晶片、微处理器和记忆体模组的工艺。

顺便提一下，由于CCD刚研发出来的时候，制造工艺还不成熟，良品率极低，美国厂商认为CCD发展前景一般，越来越少的企业研发CCD，而索尼、松下等日本企业对CCD十分感兴趣，最后巨资研究掌握了规模化生产的技术。但是，80年代后，其他地区电子厂商也想在图像传感领域分得一杯羹，并相继研发CMOS，21世纪初至今，在手机及某些物联网领域，CMOS性能达到了与CCD可以一战的地位。

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优缺点分析

如上文所述，由于CCD相对于CMOS最大的优势在于图像质量方面，CCD的技术历程相对更久，技术也更加成熟，同时CCD并非像CMOS那样在每个像素点进行电荷转换，所以噪音相对较小，信噪比也就优于CMOS。而CMOS依靠着成熟的制作工艺以及有别于CCD的工作原理，在集成度、成本以及功耗上要略胜一筹。不过随着技术的发展，目前CMOS在图像质量方面有很大的提升，市场份额也在逐步增加。

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谁能称霸？为时过早

现在有很多言论表示，“最终，CMOS解决图像质量的问题将会取代CCD”。技术不会消失，只会变得越来越强大，CCD和CMOS在未来将会齐头并进。虽然CMOS在智慧城市、智能硬件等领域逐渐强大起来，但是在医疗、科学成像以及工业检测等精密度需求较高的领域，CCD依然是首选。

譬如，CMOS拥有数以千计的单独像素放大器，而CCD的单个放大器能够保证影像的高均匀性，而且CCD更加容易在缩放至高解析度和大光学格式保持均匀性。

所以，CCD和CMOS到底谁能垄断图像传感器市场的答案已经很清晰了，因为只有需求才能决定两种传感器孰是孰非。