CCD与CMOS的成像差异

CCD成像原理

当相机拍图时，物体反射的光线通过相机的镜头透射到CCD芯片上。在接受光照之后，光电二极管受到光线的激发产生对应的电荷量，产生电流，电流大小与光强对应，此时感光元件输出的是模拟电信号。

CCD将一次成像产生的全部电信号收集起来，统一输出到放大器，经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度（电压的高低）成正比，这些数值其实就是图像的数据。

不过单依靠前面得到的图像数据还不能直接生成图像，因为信号只通过一个放大器进行放大，所以产生的噪点较少。但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给数字信号处理器，通过DSP将图像数据被进行色彩校正、白平衡处理等后期处理，编码为相机所支持的图像格式、分辨率等数据格式，最后才会被存储为图像文件。

黑白相机成像原理：

我们可以把CCD芯片想象成一个顶部被打开的记忆芯片，光束可以射到记忆单元中。根据'光电效应'，这些光束在记忆单元中产生负电荷。曝光后，这些电荷被读出，进而被相机处理单元进行预处理，输出一幅数字图像。

彩色成像原理：

CCD芯片将光子转换为电子，在这一过程当中，光子数目与电子数目成正比例。但光子还有另外一个特征值，即波长（波长决定颜色），这条信息却没有在光电效应的过程中转换为电子。因此，从这个意义上说，CCD芯片都可以被称为色盲，所以彩色相机的成像稍微复杂些。

CMOS传感器则不同，它在每个像素处即将电荷转换为了电压，因而产生了很多独特的优缺点。CMOS感应器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光电效应、产生模拟电信号后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。

换句话说，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理。所以，就产生了新的问题，CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格的一致性，导致放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌。而体现在最终的输出结果上，就是图像中出现大量的噪声，品质明显低于CCD传感器。

CCD和CMOS的差异

灵敏度差异

CMOS中每个像素都包含放大器和A/D转换电路

CMOS中每个像素感光区域的面积远小于像素表面积，在像素尺寸相同时，CMOS灵敏度更低。

噪声差异

CMOS总每个感光二极管都需要配备一个放大器，放大器属于模拟电路，很难保证每个放大器得到的结果一致。

CCD只在芯片边缘有一个放大器。

CMOS噪声多，图像品质差。

分辨率差异

CMOS像素更加复杂，尺寸更大。

相同尺寸的CCD和CMOS传感器，CCD分辨率更高。

成本差异

CCD采用电荷传递的方式传送数据，只有其中一个像素不能工作，整排的数据都不能传送，成品率低。

CMOS采用CMOS工艺，可轻易的将外围电路集成到传感器芯片总，可节省外围芯片的成本。

CMOS成本更低。

功耗差异

CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管产生的电荷直接放大输出。

CCD传感器的图像采集方式为被动式，需外加12V的电压让每个像素产生的电荷定向移动。

CCD功耗更高。

造成差异的原因

CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会产生失真，像素可先汇聚到边缘在进行放大处理。

CMOS工艺使得数据在传送距离较长时会产生噪声，必须先放大再整合各像素产生的数据。