CMOS图像传感器

定义与分类位置

固体图像传感器在结构上分为两大类：一类是以电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）为代表的电荷耦合型图像传感器，其光电转换、电荷转移、信号依次串行输出；另一类是用光敏二极管与MOS晶体管构成的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）型图像传感器，它将光信号变成电荷或电流信号，可以指定XY地址、可以选择性输出。两者都完成光电转换，模拟读出经ADC后才得到数字信号，典型产品都是数码相机、数码摄像机等。

与CCD的核心差异

两者的主要差异是电荷或模拟信号的读出组织方式（读取过程）不同。CCD在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，每一行中每一个像素的电荷信号都会依次传送到下一个像素中，由最后端传给放大器进行放大输出，因此电路复杂、读出速率慢。CMOS有源像元通常带电荷到电压转换及缓冲电路，A/D转换可在列级或芯片其他位置实现，并不要求每个像元都有独立ADC，用类似内存电路（DRAM）的方式将信号输出，因此电路简单、读出速率高。上述电路复杂度与读出速率是两类读出组织方式的典型定性比较，实际取决于通道数、像元与读出设计。造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证信号在传送时几乎不会失真，而CMOS工艺的信号在传送距离较长时会产生噪声。读出噪声取决于像元、放大器及读出设计，不能仅归因于信号传送距离。

性能与适用场合

CCD的图像质量较高，高清、耐用的特点使其在航天、医学等领域得到广泛应用；CMOS在功耗、体积、制造成本方面有优势，主要用于智能手机、行车记录仪、网络监控等。随着技术进步，CMOS的图像质量差距在不断缩小，整体上有超越CCD的趋势。故前者的图像质量和成本都相对较高，后者反之。

课件给出的对比关系

课件以对比方式列出：成本上CCD高、CMOS低；图像处理上CCD为顺次处理、CMOS为同时处理；感光度上CCD高、CMOS低；功耗上CCD高、CMOS低。画质排序为：低级CCD < 低级CMOS < 高级CMOS < 高级CCD。这些比较属于课件给出的定性结论，用于说明两类器件在集成方式与成本、功耗上的总体取向。

符号与单位说明

上述内容中，CCD、CMOS为器件类型缩写；A/D转换指模拟量到数字量的转换；DRAM指动态随机存取存储器，此处仅用作读出方式的类比。具体器件的像素尺寸、功耗、噪声和带宽须按型号比较。

课件所列画质与灵敏度排序属于历史器件的教学示例，不是两种工艺的固定优劣定律。读出噪声取决于像元、放大器及读出设计，不能仅归因于信号传送距离。