CMOS和CCD传感器的分类和特点详解

图像传感器在智能手机、照相机、摄像机中都发挥着十分关键的作用。在CIS、CMOS和CCD三类传感器中，人们经常讨论的是CMOS和CCD图像传感器之间的比较优势，本文将简单介绍两种传感器的分类及特点，并会给出选择两种传感器产品时的一些实用建议。

CMOS传感器与CCD传感器对比

CCD成像质量好，但是制造工艺复杂，能够生产的厂家也比较少，价格也相对来说比较高，并且功耗也很高，因此，不适合在移动设备上使用。而CMOS传感器耗电低，但是画质水平比不上CCD，不过随着技术的提高，COMS的画质已经逐步赶上了CCD，另外，在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，所以目前市面上的手机摄像头都采用CMOS传感器。

CMOS传感器的分类

通常CMOS传感器又会分为：背照式CMOS传感器和堆栈式CMOS传感器。

背照式CMOS传感器

堆栈式CMOS

所谓背照式CMOS传感器其实是与传统正照式CMOS传感器相对的。简单来说就是将光电二极管和布线层进行对调，从而让光线首先进入感光电二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。像我们所熟知的iPhon、小米、魅族都是搭载的这类传感器。

而堆栈式CMOS传感器则是背照式CMOS传感器的衍生产物，它是目前手机摄像头中应用最广泛的一种，也是最先进的一种，属于索尼的独家技术。

堆栈式CMOS传感器使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照CMOS图像传感器的支持基板，在芯片上重叠形成背照CMOS元件的像素部分，从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。由于像素部分和电路部分分别独立，因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。

需要说明的是感光元件只是手机类摄像头组成中不可或缺的一部分，但不是成像质量的决定性因素，这其中还包括厂商通过软件对硬件的优化调校，使其让人感觉最好的效果，这也是目前各家厂商在手机摄像画质方面效果差异最大的决定性因素之一。

CCD传感器的分类

面阵CCD

允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。面阵CCD的结构一般有3种。第一种是帧转性 CCD。它由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域 ，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影 。第二种是行间转移性CCD。它是目前CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。第三种是帧行间转移性CCD。它是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。

线阵CCD

用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝 三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。

三线传感器CCD

在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。

交织传输CCD

这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。

全幅面CCD

此种CCD具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕。接着，系统进行精确的图像重组。

了解了两种图像传感器的特点和分类之后，具体到摄像机搭载的传感器的选择，一般遵循以下原则：

一、低照度环境下宜使用CCD摄像机

由于CCD感光单元有效面积大，在光照强度较低的环境中，能相对清晰地呈现出被摄物体原貌。相反，CMOS传感器灵敏度低，ISO感光度差，低照时成像清晰度大大降低。所以，在低照度环境下，如灯光较暗的停车场、楼梯间、封闭通道和暗室等，宜选用感光灵敏的CCD摄像机。

二、隐蔽环境中使用CMOS摄像机

CMOS传感器可以将所有逻辑和控制环都放在同一个硅芯片块上，使摄像机变得简单灵巧，因此CMOS摄像机可以做得非常小。而CCD摄像机限于外围复杂电路影响，体积无法做到CMOS般微型化。对于道路、门口等摄像机易受不法分子攻击破坏的场合，选用CMOS摄像机能达到隐蔽执法、避免攻击的作用。

三、图像质量要求高的场合选用CCD摄像机

CCD结构中由于每行仅有一个ADC，信号放大比例一致，所以图像还原真实自然、噪点低，在对画质要求苛刻的场合宜选用CCD摄像机。

四、高帧摄像时选用CMOS摄像机更佳

前面提到过，CCD传感器在数据处理方面存在“瓶颈”。而 CMOS传感器不需要复杂的处理过程，直接将图像半导体产生的光电信号转变成数字信号，因此处理非常快。这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，速度能达到400到2000帧/秒。所以对于高速摄像场所，选用CMOS摄像机效果更佳。