CMOS和CCD傳感器的分類和特點詳解

圖像傳感器在智能手機、照相機、攝像機中都發(fā)揮著十分關鍵的作用。在CIS、CMOS和CCD三類傳感器中，人們經(jīng)常討論的是CMOS和CCD圖像傳感器之間的比較優(yōu)勢，本文將簡單介紹兩種傳感器的分類及特點，并會給出選擇兩種傳感器產(chǎn)品時的一些實用建議。

CMOS傳感器與CCD傳感器對比

CCD成像質量好，但是制造工藝復雜，能夠生產(chǎn)的廠家也比較少，價格也相對來說比較高，并且功耗也很高，因此，不適合在移動設備上使用。而CMOS傳感器耗電低，但是畫質水平比不上CCD，不過隨著技術的提高，COMS的畫質已經(jīng)逐步趕上了CCD，另外，在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，所以目前市面上的手機攝像頭都采用CMOS傳感器。

CMOS傳感器的分類

通常CMOS傳感器又會分為：背照式CMOS傳感器和堆棧式CMOS傳感器。

背照式CMOS傳感器

堆棧式CMOS

所謂背照式CMOS傳感器其實是與傳統(tǒng)正照式CMOS傳感器相對的。簡單來說就是將光電二極管和布線層進行對調(diào)，從而讓光線首先進入感光電二極管，從而增大感光量，顯著提高低光照條件下的拍攝效果。像我們所熟知的iPhon、小米、魅族都是搭載的這類傳感器。

而堆棧式CMOS傳感器則是背照式CMOS傳感器的衍生產(chǎn)物，它是目前手機攝像頭中應用最廣泛的一種，也是最先進的一種，屬于索尼的獨家技術。

堆棧式CMOS傳感器使用有信號處理電路的芯片替代了原來背照CMOS圖像傳感器的支持基板，在芯片上重疊形成背照CMOS元件的像素部分，從而實現(xiàn)了在較小的芯片尺寸上形成大量像素點的工藝。由于像素部分和電路部分分別獨立，因此像素部分可針對高畫質優(yōu)化，電路部分可針對高性能優(yōu)化。

需要說明的是感光元件只是手機類攝像頭組成中不可或缺的一部分，但不是成像質量的決定性因素，這其中還包括廠商通過軟件對硬件的優(yōu)化調(diào)校，使其讓人感覺最好的效果，這也是目前各家廠商在手機攝像畫質方面效果差異最大的決定性因素之一。

CCD傳感器的分類

面陣CCD

允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動物體。面陣CCD的結構一般有3種。第一種是幀轉性 CCD。它由上、下兩部分組成，上半部分是集中了像素的光敏區(qū)域 ，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存儲區(qū)域。其優(yōu)點是結構較簡單并容易增加像素數(shù)，缺點是CCD尺寸較大，易產(chǎn)生垂直拖影 。第二種是行間轉移性CCD。它是目前CCD的主流產(chǎn)品，它們是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特點是在1個單片上，價格低，并容易獲得良好的攝影特性。第三種是幀行間轉移性CCD。它是第一種和第二種的復合型，結構復雜，但能大幅度減少垂直拖影并容易實現(xiàn)可變速電子快門等優(yōu)點。

線陣CCD

用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對應于紅、綠、藍 三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像，線性陣列，處理高分辨率的圖像時，受局限于非移動的連續(xù)光照的物體。

三線傳感器CCD

在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當捕捉彩色圖片時，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。

交織傳輸CCD

這種傳感器利用單獨的陣列攝取圖像和電量轉化，允許在拍攝下一圖像時在讀取當前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數(shù)碼相機、攝像機和拍攝動畫的廣播拍攝機。

全幅面CCD

此種CCD具有更多電量處理能力，更好動態(tài)范圍，低噪音和傳輸光學分辨率，全幅面CCD允許即時拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點寄存器、串行浮點寄存器和信號輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測光和讀取測光值。圖像投攝到作投影幕的并行陣列上。此元件接收圖像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復執(zhí)行，直到所有的信息傳輸完畢。接著，系統(tǒng)進行精確的圖像重組。

了解了兩種圖像傳感器的特點和分類之后，具體到攝像機搭載的傳感器的選擇，一般遵循以下原則：

一、低照度環(huán)境下宜使用CCD攝像機

由于CCD感光單元有效面積大，在光照強度較低的環(huán)境中，能相對清晰地呈現(xiàn)出被攝物體原貌。相反，CMOS傳感器靈敏度低，ISO感光度差，低照時成像清晰度大大降低。所以，在低照度環(huán)境下，如燈光較暗的停車場、樓梯間、封閉通道和暗室等，宜選用感光靈敏的CCD攝像機。

二、隱蔽環(huán)境中使用CMOS攝像機

CMOS傳感器可以將所有邏輯和控制環(huán)都放在同一個硅芯片塊上，使攝像機變得簡單靈巧，因此CMOS攝像機可以做得非常小。而CCD攝像機限于外圍復雜電路影響，體積無法做到CMOS般微型化。對于道路、門口等攝像機易受不法分子攻擊破壞的場合，選用CMOS攝像機能達到隱蔽執(zhí)法、避免攻擊的作用。

三、圖像質量要求高的場合選用CCD攝像機

CCD結構中由于每行僅有一個ADC，信號放大比例一致，所以圖像還原真實自然、噪點低，在對畫質要求苛刻的場合宜選用CCD攝像機。

四、高幀攝像時選用CMOS攝像機更佳

前面提到過，CCD傳感器在數(shù)據(jù)處理方面存在“瓶頸”。而 CMOS傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產(chǎn)生的光電信號轉變成數(shù)字信號，因此處理非?？?。這個優(yōu)點使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，速度能達到400到2000幀/秒。所以對于高速攝像場所，選用CMOS攝像機效果更佳。