CCD与CMOS成像器件比较

定义与基本关系

图像传感器将二维光强分布转换为电信号序列，主流实现包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器。课件给出的比较维度为成本、图像处理（读出）方式、感光度和功耗。

课件给出的比较

• 成本：CCD 高，CMOS 低。
• 图像处理：CCD 为顺次处理，CMOS 为同时处理（课件表述；实际 CMOS 像元经有源转换后按列并行、逐行/滚动等方式读出，并非所有像元同时输出，全局曝光也不等于同时输出所有像元）。
• 感光度：CCD 高，CMOS 低。
• 功耗：CCD 高，CMOS 低。

课件还给出画质排序：低级 CCD < 低级 CMOS < 高级 CMOS < 高级 CCD。该排序说明不能仅凭器件类型作绝对判断，具体档次会改变比较结果。

读出方式差异的物理背景

CCD 的信号电荷在遮光传输区中按移位寄存器方式串行转移输出，因此读出具有顺次、逐单元进行的特点。教材指出，转移栅关闭时光敏单元势阱收集光信号电荷，经积分时间形成与空间光强对应的电荷图像；积分周期结束时转移栅打开，各光敏单元电荷并行转移到移位寄存器相应单元，再由移位寄存器按序输出。面阵 CCD 按传输和读出方式可分为行传输、帧传输和行间传输，其中帧传输设置暂存区以减轻读出期受光，但帧快速转移期间仍可能产生拖影，需配合遮光、快门或控制转移时间等条件，不能视为普遍完全消除，行间传输感光区与暂存区行与行相间排列，遮光存储可改善拖影，但漏光或高亮等仍可能造成垂直拖影，不能保证不存在拖影问题。

CMOS 图像传感器的读出为同时处理，即各像素可并行读出，这与 CCD 的串行顺次输出形成对照。需注意，CMOS 像元通常先经有源转换，再按列并行、逐行/滚动等方式读出，并非所有像元同时输出；全局曝光也不等于同时输出所有像元。

适用范围与条件

上述成本、感光度、功耗的高低比较是课件在特定技术阶段给出的相对结论，并非对所有 CCD 与 CMOS 器件永远成立。画质排序中高级 CMOS 优于低级 CCD，说明工艺档次、像素结构和工作条件会显著影响实际性能。使用时应结合具体器件的年代、工艺和规格判断，不能将课件中的相对比较当作绝对结论。