CCD与CMOS区别CMOS与CCD图像传感器相比,具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点。但其图像质量(特别是低亮度环境下)与系统灵活性与CCD的相比相对较低。由于具有上述特点,它适合大规模批量生产,适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用,如保安用小型/微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。CCD与CMOS图像传感器相比,具较好的图像质量和灵活性,仍然保持高端的摄像技术应用,如天文观察、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高性能工业摄像、大部分科学与医学摄像等应用。CCD器件的灵活性体现为与采用CMOS器件相比,用户可构建更多不同的摄像系统。CMOS与CCD图像传感器的光电转换原理相同,均在硅集成电路工艺线上制作,工艺线的设备亦相似。但不同的制作工艺和不同的器件结构使二者在器件的能力与性能上具有相当大的差别。表1列出CCD与CMOS图像传感器的特点,从表中可见CMOS与CCD图像传感器各有特点,二者互为补充,不会出现谁消灭谁的结局[1],在可预见的未来将并存发展,共同繁荣图像传感器市场。1.灵敏度灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力。CCD图像传感器灵敏度较CMOS图像传感器高30%~50%。这主要因为CCD像元耗尽区深度可达10mm,具有可见光及近红外光谱段的完全收集能力。CMOS图像传感器由于采用0.18~0.5mm标准CMOS工艺,由于采用低电阻率硅片须保持低工作电压,像元耗尽区深度只有1~2mm,其吸收截止波长小于650nm,导致像元对红光及近红外光吸收困难。2.电子-电压转换率电子-电压转换率表示每个信号电子转换为电压信号的大小。由于CMOS图像传感器在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构,其电压转换率略优于CCD图像传感器。CCD图像传感器要达到同样的电压转换率需要付出进一步增大器件功耗的代价。CCD研制者正进一步研究新的读出放大器结构以提高响应率。3.动态范围动态范围表示器件的饱和信号电压与最低信号阈值电压的比值。在可比较的环境下,CCD动态范围约较CMOS的高2倍。主要由于CCD芯片物理结构决定通过电荷耦合,电荷转移到共同的输出端几乎没有噪声,使得CCD器件噪声可控制在极低的水平。CMOS器件由于其芯片结构决定它具有较多的片上放大器、寻址电路、寄生电容等,导致器件噪声相对较大,这些噪声即使通过采用外电路进行信号处理、芯片冷却、采用好的光学系统等手段,CMOS器件的噪声仍不能降到与CCD器件相当的水平。CCD的低噪声特性是由其物理结构决定的。4.响应均匀性由于硅圆片工艺的微小变化、硅片及工艺加工引入缺陷、放大器变化等导致图像传感器光响应不均匀。响应均匀性包括有光照和无光照(暗环境)两种环境条件。CMOS图像传感器由于每个像元中均有开环放大器,器件加工工艺的微小变化导致放大器的偏置及增益产生可观的差异,且随着像元尺寸进一步缩小,差异将进一步扩大,使得在有光照和暗环境两种条件下CMOS图像传感器的响应均匀性较CCD有较大差距。CMOS图像传感器研制者研究采用反馈放大器等技术改进有光照条件下的均匀性,使之逐渐接近CCD的均匀性水平。尽管CMOS图像传感器研制者投入大量的努力降低暗环境下器件响应不均匀性,但CMOS放大器偏置变化导致的暗环境下器件响应仍较CCD有较大差距。这在高速摄像应用中由于信号弱,暗环境不均匀性将显著降低图像质量。5.暗电流标准CMOS图像传感器具有较高的暗电流,暗电流密度为1nA/cm2量级,经过工艺最佳化后可降低到100pA/cm2量级,而精心制作的CCD的暗电流密度为2~10pA/cm2。6.电子快门快门代表了任意控制曝光开始和停止的能力。CCD像感器特别是内线转移结构像感器具有优良的电子快门功能,由于器件可纵向从衬底排除多余电荷,电子快门功能几乎不受像元尺寸缩小的限制,不会挤占光敏区面积而降低器件占空比。CMOS像感器在每个像元中需要一定数量的晶体管来实现电子快门功能,增加电子快门功能将增加像元中的晶体管数量,压缩感光区的面积,降低器件的占空比,特别在像元尺寸进一步缩小时此矛盾更为突出。CMOS像感器设计者采用在不同时间对不同行进行曝光的滚动快门方式解决此问题。这种方式减少了像元中的晶体管数,提高了占空比,但在高性能应用中运动目标会出现明显的图像变形,因此只适合某些商业应用。此外可采用较大尺寸的像元以兼顾图像高性能和具有与CCD类似的同时曝光的电子快门功能。7.速度由于大部分相机电路可与CMOS图像传感器在同一芯片上制作,信号及驱动传输距离缩短,电感、电容及寄生延迟降低,信号读出采用X