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CCD与CMOS技术对比分析 基本原理 CCD的成像原理 CCD（Charge Coupled Device），中文名字叫电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料。它由大量独立的光敏元件组成，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。 CMOS是怎样工作的 CMOS即互补金属氧化物半导体，它在微处理器、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一样都是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。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。 CCD在工作时，上百万个像素感光后会生成上百万个电荷，所有的电荷全部经过一个“放大器”进行电压转变，形成电子信号，因此，这个“放大器”就成为了一个制约图像处理速度的“瓶颈”，所有电荷由单一通道输出，就像千军万马从一座桥上通过，当数据量大的时候就发生信号“拥堵”，而HDV格式却恰恰需要在短时间内处理大量数据，因此，在民用级产品中使用单CCD无法满足高速读取高清数据的需要。 而CMOS则不同，每个像素点都有一个单独的放大器转换输出，因此CMOS没有CCD的“瓶颈”问题，能够在短时间内处理大量数据，输出高清影像，因此也能都满足高清HDV的需求。 CCD芯片 CMOS芯片 原理 基于单晶硅技术 基于MOS技术 成品率 高 低 功耗 高 低 成本 高 低 读取速度 低 高 宽动态范围 小 大 低照度 随着技术的进步，发展出的半导体工艺BSI技术能彻底解决CMOS低照度下表现不佳的情况。BSI技术背面照射是能够消除CMOS传感器唯一的缺点——灵敏度低的技术。传统CMOS传感器的光传感器（光电二极管）上面有3层等多层布线层，遮挡了部分入射光。因此，灵敏度比只有1层布线层的CCD传感器要低，只有后者的一半左右。而BSI型CMOS传感器的光传感器上面没有布线层（图2）。因为是从光传感器的背面（硅底板侧）采光。这样便能够防止遮挡入射光。 所以，可以获得与CCD相当甚至高于CCD的灵敏度。从而解决了CMOS的最后一个弱点。 在2009年后，各大厂家就实现了向CMOS全面转型的计划。 目前，CCD的领导者SONY推出的所有高清网络摄像机都是基于CMOS技术的。而且在最低照度要求已经优于CCD器件。 SONY高清摄像机 SNC-DH160 HD高清网络全能型半球摄像机 采用CMOS，最低照度：彩色0.50lx (IR ON)(F1.2/AGC 42dB/50IRE)，黑白0 lx (IR ON)(F1.2/AGC 42dB/50IRE) SNC-DM160 百万像素智能网络半球摄像机，采用CCD感光器件，最低照度：彩色：0.8Ix，50IRE，F1.3，AGC 30dB ，黑白：0.15Ix，50IRE，F1.3，AGC 30dB 宽动态应用 自然光线的排列是从120000Lux到星光夜里的0.00035Lux。当摄像机从室内看窗户外面，室内照度为100Lux，而外面风景的照度可能是10000Lux，对比就是10000/100=100:1。这个对比人眼能很容易地看到，因为人眼能处理1000:1的对比度，然而传统的安防监控摄像机则不行，因为它只有3:1的对比性能。因此，它只能选择使用1/60秒的电子快门来取得室内目标的正确曝光，但是室外的影像会被清除掉（全白）；或者换种方法摄像机选择1/6000秒取得室外影像完美的曝光，但是室内的影像会被清除（全黑）。所以必须采用宽动态（WDR）技术。采用多次曝光取样技术，其效果决定于其曝光取样次数。 由于读取速度的限制，尽管宽动态CCD摄像机与传统CCD摄像机相比，在技术上有了一次次突破，现在已发展到第三代CCD宽动态摄像机，宽动态范围也达到了160倍，或说54dB。而采用五次取样方式，CCD宽动态摄像机的动态范围最多也只能达到66dB。 而在CMOS－DSP技术中，每个像素实际上都是一部独立的照相机，可独立控制各自的曝光过程。这样，捕捉物体较亮色调的像素就会在达到饱和之前停止收集光子，而捕捉较暗色调的像素也可以根据需要不断地收集光子，直到它们的信噪比足以准确呈现这些色调为止。同时，中间色调的显示效果也会得到保障，因为对它们进行捕捉的像素也会根据需要精确控制曝光时间，再也不必使用多次曝光得出的数据进行数学“猜测”。因此，C