1、 CCD 与 CMOS 的技术与发展前景比较CCD 和 CMOS 在制造上的主要区别是 CCD 是集成在半导体单晶材料上，而CMOS 是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。CCD 制造工艺较复杂，采用 CCD 的摄像头价格都会相对比较贵。成像方面：在相同像素下 CCD 的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而 CMOS 的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS 的成像质量和 CCD 还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。CCD 与 CMOS
2、 传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转为数字数据，而其主要差异是数字数据传输的方式不同。由于 CCD 可以在较大面积上非常有效、均匀地收集和转移产生的电荷并低噪声的测量，因此，在过去 20 年 CCD 技术一直是可见光子探测和图像捕获的主要技术。但是最近 10 年，随着可以用工业标准制造的 CMOS 图像传感器的出现，光学测量技术的新纪元已经到来。由于 CMOS 图像传感器具有诸如想元内放大、列并行结构，以及深亚微米 CMOS 处理等独特的优点，是的 COMS 在一些应用领域成为首选探测器。到 20 世纪 80 年代末期，继 CMOS 多路开关取代
3、CCD用于红外焦平面阵列的数据独处之后，不仅在低成本成像市场，而且在许多高性能的应用如高端静态数字照相机、高清晰度电视、空间探测及精密测量等方面，CMOS 想感器都有了长足的发展。与通常 CCD 像感器不同，CMOS 像感器可以在一个芯片甚至在每个像元上实现模拟和数字电路的功能，这样，不仅可以以新颖的、最优化的方法实现已有的光子探测方法，而且也可以用所谓的“智能像元”实现新的测量方法。因此用于可见光探测的期间已经从 CCD 转向 CMOS 像感器。CCD 与 CMOS 传感器比较1.灵敏度差异由于 CMOS 传感器的每个像素由四个晶体管与一个感光二极管构成，使得每个像素的感光区域远小于像素本身
4、的表面积，因此在像素尺寸相同的情况喜爱，CMOS 传感器的灵敏度低于 CCD 传感器。2.成本差异由于 CMOS 传感器采用一般半导体电路最常用的 CMOS 工艺。可以轻易的将周边电路集成到传感器芯片中，因此可以接受外围芯片的成本。除此之外，由于 CCD 采用电荷传递的放是传递数据，只要其中一个像素不能运行就会导致一整排的数据不能传送，因此控制 CCD 传感器的成品率比 CMOS 传感器困难许多，及时有经验的厂商也难在产品问世的半年内突破 50%的水平，因此 CCD 传感器的成本会高于 CMOS 传感器。3.分辨率差异CMOS 传感器的每个像素都比 CCD 传感器复杂，其像素尺寸很难达到 CC
5、D 传感器的水平，因此当比较相同尺寸的 CCD 与 CMOS 传感器时，CCD 传感器的分辨率通常会由于 CMOS 传感器的水平。例如，市面上的 CMOS 传感器 OV2610 最高可达到 210 万像素的水平其尺寸为 1/2 英寸，像素尺寸为 4.24m，但 sony 推出的 ICX452，其尺寸与 OV2610 相差不多，但分辨率却能高达 513 万像素，像素尺寸也只有 2.78mm 的水平。4.噪声差异由于 COMS 传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，儿放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放放大器在芯片边缘的 CCD 传感器相比，CMOS 传感
6、器的噪声就会增加很多，影响图像品质。5.功耗差异CMOS 传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但 CCD 传感器为被盗式采集，需外加电压让每个像素中的电荷移动，而此外加电压通常需达到 1218V；因此，CCD 传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外，高驱动电压更使其功耗远高于 CMOS 传感器水平。例如，OV7640，在 30fps 的速度下运行，功耗仅为 40mW；而致力于低功耗 CCD传感器的 Sanyo 公司推出的 1/7 英寸、CIF 等级的产品，其功耗仍保持在 90mW以上。因此 CCD 发热量比 CMOS 大，不能长时间在阳光下工作。6
7、.速度差异CCD 采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS 有多个电荷电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分 500fps 以上的高速相机都是 CMOS 相机。此外 CMOS 的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。发展趋势CMOS 的发展趋势：目前，CMOS 是高速成像所青睐的技术。在当前市场中，我们可以发现高速图像传感器有三大发展趋势，一是向极高速方向发展，二是向片上特性集成方向发展，三是向通用高速图像传感器方向发展。分辨率和帧速率相结合，发挥着重要的作用。目前，我们可以推出10241024 像素的图像传感器，工作速
8、度达到每秒 5,000 个全帧。如果模数转换为 10 位的话，那么这就是说摄像头上的总数据速率可达每秒 55Gbit。为了实现传感器上极高的数据速率和高图像质量，尤其是对这种高敏感度的应用而言，我们不仅要设计出正确的电子线路，还要确保整个线路布局实现良好的平衡性。这就是说，电源线路应实现极佳的分布，而且布局中每个线路节点的所有光学和杂散光灵敏反应都应得到很好的控制。并需要采用低功耗模块设计，以确保满足整体功耗要求。高速成像领域还有另一种趋势，就是把高速 ADC、时序发生器、LVDS 发射器和校正算法的片上集成趋势。这种图像传感器通常在速度和灵敏度方面不如上述图像传感器，但在易用性和系统集成功能
9、方面颇有长处。目前市场上新兴的第三种图像传感器就是通用高速图像传感器。具有模拟输出或不具有时序发生器功能的老式（简单式）通用图像传感器正在被速度更快、更复杂的图像传感器所取代。这种新型图像传感器使我们能在较短时间内就设计出通用高速摄像头。CCD 的发展趋势：(1)像面尺寸向集成化、轻量化方向发展由于光刻机的进步,在仍保持具有很高灵敏度的特性下,CCD 传感器的尺寸向 1/2英寸、1/3 英寸、1/4 英寸、1/5 英寸的方向发展。(2)向高像素数、多制式发展各种 CCD 传感器的像面尺寸在减少,但其像素数在增加,甚至出现超过百万像素的 CCD 传感器。为提高水平和垂直方向的分辨能力,已从通常的
10、隔行扫描向逐行扫描格式发展。(3)降低 CCD 传感器的工作电压、减少功耗初期研制的 CCD 摄像机有+24V、+22V、+17V 和+5V 等,目前通用的为+12V。为配合 PC 摄像机和网络图像传输的应用,逐步以+12V 和+5V 为主。(4)提高 CCD 摄像机的制造效率为了降低 CCD 摄像机的制造成本,实现高速自动化生产,制造厂家追求紧密性结构,致力于 CCD 摄像机的小型化。到目前为止,已实现多层板的 MultiChipModule(MCM)多芯片集成模组化制造技术。(5)CCD 摄像机的数字化在制造 CCD 摄像机时,从以往的 Analog 模拟系统逐步实现 DSP 数位化处理,
11、可以借助电子计算机和专门软件系统实现对 CCD 摄像机,特别是对彩色 CCD 摄像机的各种参数的量化调整,可以确保 CCD 摄像机性能指标的优化一致性以及在特殊使用条件下的参数量化修改主要厂商投入 CMOS 研发、生产的厂商较多，美国有 30 多家，欧洲 7 家，日本约 8家，韩国 1 家，台湾有 8 家。而居全球翘楚地位的厂商是 Agilent(HP），其市场占有率 51%、ST(VLSI Vision）占 16%、Omni Vision 占 13%、现代占8%、Photobit 约占 5%，这五家合计市占率达 93%。CCD 产业前七大厂商皆为日系厂商，占了全球 98.5的市场份额，在技术发展方面，目前较有特色的主要厂商应为索尼、飞利普和柯达公司。
