引言 随着数码相机、手机相机的兴起，图像传感器正逐渐成为半导体产品中最耀眼的明星之一，而在图像传感器中，日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点，希望成为市场上的主流技术。鉴于此，本文将首先简介CCD与CMOS传感器在原理方面的差异，再探讨领导厂商的技术发展蓝图，了解这些不同的图像传感器在应用市场上的发展趋势*。
图1 CCD传感器的结构 图2 CMOS传感器的结构 CCD与CMOS传感器技术简介
CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。
如图1所示，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。
造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个象素的数据。
由于数据传送方式不同，因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异，这些差异包括：
1. 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度要低于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，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有一个象素不能运行，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，即使有经验的厂商也很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： 如上所述，CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平，因此，当我们
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优于CMOS传感器的水平。例如，目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸为1/2英寸，象素尺寸为4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸与OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。
4. 噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而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，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感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传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；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(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。举例来说，OmniVision近期推出的OV70(1/4英寸、VGA)，在 30 fps的速度下运行，功耗仅为40mW；而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等级的产品，其功耗却仍保持在90mW以上，虽然该公司近期将推出35mW的新产品，但仍与CMOS传感器存在差距，且仍处于样品阶段。
综上所述，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD与CMOS传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势，例如，CCD传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo)；CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品，我们可以从以下各主要厂商的产品规划来看出一些端倪 主要商家产品蓝图分析
市场统计数据 (日经BP、Mizuho证券)显示，2002年Sony、Matsushita、Sharp三家日商在全球CCD传感器市场的占有率达85%，其中Sony就占了45%；另据In-Stat、Dataquest等机构统计：Agilent、OmniVision这两家厂商在CMOS传感器上的市场占有率超过60%，但由于Agilent以光学鼠标的应用为主，与相机的关系不大，所以我们将着重介绍Sony与OmniVision这两家CCD/CMOS传感器领导厂商的技术蓝图。
Sony
Sony是全球CCD传感器第一大厂，也是第一家投入12英寸晶圆、推出600万象素CCD的公司，目前，Sony约有30~40%的CCD传感器供自有品牌产品使用，其它则卖给Canon、Sanyo、Casio、以及的新虹、普利尔、诠讯(与佳能合并)等厂商。
Sony的产品技术蓝图显示，2003年除了800万象素的ICX 456外，并无其它微缩工艺的产品问世。产品尺寸将大致保持现有水平，取而代之的是强化摄影功能与支持progressive scan(连续式扫描)，例如500万象素的ICX455/465、330万象素的ICX451/481、以及210万象素的ICX461等，令高端产品也能达到30fps以上的数据传送速率。
由于目前高端产品的大部分市场仍被Sony占据，再加上市场仍处于供不应求的局面，因此该公司并未急于做降低成本的动作，不过，
一旦Sony最先进的工艺(象素尺寸2.6~2.8mm)达到成熟阶段(成品率超过50%)，该公司势必近一步将此工艺应用到其它产品上(目前仍只有1/1.8英寸、500万象素产品使用此工艺)，届时可能会有1/2.7英寸、400万象素产品问世。 OmniVision
OmniVision成立于1995年(以下简称OV)，2002年6月领先其它同业率先推出210万象素的OV2610震惊市场，虽然目前采用此传感器量产的产品并不多，但这已说明CMOS传感器可以开始进入原本属于CCD传感器的中高端数码相机市场； OV的数据显示，目前已有天瀚、明 、鸿友等商家开始采用该公司的OV2610。展望2003年，OV将在1季度~2季度之间推出330万象素、1/2英寸的产品，采TSMC 0.18mm工艺生产，再次拓展CMOS传感器的应用范围。
在低功耗产品方面，OV也在2002年12峦瞥隽薕V70，可以在2.5V的环境下运行，为目前VGA产品中功耗最低的芯片。而在2003年新规划的产品方面，OV计划在下半年推出130万象素、1/4英寸，以及VGA、1/7英寸的产品，希望在CCD厂家推出低功耗的130万素产品之前，先行抢占市场先机。 其它公司的发展计划
除了Sony与OmniVision外，其它商家在图像传感器产品方面的计划如表1所示。其中最具特色的是Sanyo，该公司致力于改善CCD传感器的功耗，以相机电话为主要应用目标，之前J-Phone率先推出的Sharp J-SHxx系列便是采用Sanyo的CIF级CCD传感器，Sharp、Toshiba等手机厂家也计划在02年4季度~03年1季度之间陆续引入Sanyo的VGA产品。Matsushita、Sharp的产品规划与Sony相差不多，主要差异在于Matsushita准备推出更小的400万象素(1/2.7英寸)与130万象素(1/4英寸)产品。 图像传感器的应用趋势分析
由于数码相机与相机电话是图像传感器的主要应用对象，故以下我们将分别从这两个领域分析图像传感器的应用趋势。 数码相机
数码相机通常被划分为高端(400万象素以上)、中端(330、210万象素)与低端(百万象素以下)三部分，根据IDC、Dataquest、中国资策会MIC等研究机构预测，在2003年，中端相机将占市场销售量的65%；因此，我们认为在OV陆续推出210万、330万象素的产品之后，CMOS图像传感器将在市场占有率最大的中端产品方面逐步成长，这无疑将对提高CMOS传感器的占有率发挥积极作用。
CCD传感器商家也了解这种状况，因此，为了应对CMOS传感器的挑战，2002年已有多家厂商推出500万象素以上产品，Sony计划在2003年推出800万象素的ICX 465，希望能够带动消费者升级到更高端的产品；不过，由于人眼很难分辨出400万象素与较低象素照片之间的差异，故消费者对高端产品的接受程度仍有待观察，再加上400万象素相片所占存储空间达2MB以上，而600万象素所占空间更为惊人，一张128MB的记忆卡只能存取几十张照片(相当于一卷底片的量)，因此，消费者持续往高端产品迈进的趋势可能会受到影响，而这也正是对CMOS传感器有利的一面。
但这并不表示CMOS传感器将肯定取代CCD传感器。CMOS传感器仍有以下问题需要解决：
1.成本问题：商家所规划的技术蓝图显示，计划于2003上半年推出330万象素的CMOS传感器芯片尺寸为1/2英寸左右，但与目前市面上可见的1/2英寸CCD传感器相比，其最高分辨率可达500万象素以上；再者，目前330万象素的CCD传感器的尺寸已可缩小到1/2.7英寸左右，理论上要推出1/3.2英寸的330万象素CCD也不是一件难事；因此，这些高端的CMOS传感器在量产初期仍难以在成本上与CCD传感器竞争。
2.图像品质与外围零部件的配合：根据下游商家对220万象素CMOS传感器评估的结果，目前CMOS传感器的图像品质仍与CCD有相当大的差距；除此之外，外围零部件(如镜头)是否能配合高端的CMOS传感器推出对应产品，也是影响CMOS传感器普及的重要因素之一。 相机电话
CMOS传感器被认为是相机电话的理想解决方案，不过CCD传感器在Sanyo的大力推广下，采用frame transmission的方式来降低其功耗，反而成为目前日本相机电话的主流选择。
展望2003年，随着Sanyo推出VGA低功耗CCD传感器，相机电话仍会以CCD传感器为大宗，CMOS传感器则以外挂式的相机模块作为其主要应用；不过，2004年以后，当相机电话用CMOS传感器迈入130万象素时代时，CCD传感器能否迎头赶上还是未知数；Sanyo的数据显示，目前该公司也没有把握将百万象素以上的CCD传感器的功
耗降至手机可接受的80~100mW，因此，相机电话未来是否仍有CCD发展的空间，目前仍难以下定论。
目前看来，许多CMOS传感器商家计划在2003年2季度之前推出百万象素级、1/4英寸的相机电话用传感器，届时CIF等级的产品更可望缩小至1/14英寸，从而大幅降低成本。在越来越多的手机商家将相机模块导入低端手机后，CMOS传感器将有望超越CCD传感器成为市场上的主流产品。
* 本文所提及的CCD与CMOS传感器均为Array (或Area) image sensor(矩阵式图像传感器)，并不包含Linear image sensor(直线式图像传感器)。
CCD与CMOS的区别
从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同： 1.信息读取方式
CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流（或电压）信号，信号读取十分简单。 2.速度
CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。 3.电源及耗电量
CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。 4.成像质量
CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。
CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同的：
1.内部结构（传感器本身的结构）
CCD的成像点为X－Y纵横矩阵排列，每个成像点由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线（光量子）转换为电荷（电子），聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各行数据被移动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但是生产CCD需采用时钟信号、偏压技术，因此整个构造复杂，增大了耗电量，也增加了成本。
CMOS传感器周围的电子器件，如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器等，可在同一加工程序中得以集成。CMOS传感器的构造如同一个存储器，每个成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设臵和选择晶体管，以及一个放大器，覆盖在整个传感器上的是金属互连器（计时应用和读取信号）以及纵向排列的输出信号互连器，它可以通过简单的X－Y寻址技术读取信号。 2.外部结构（传感器在产品上的应用结构）
CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。
CMOS光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数字相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等，都
可集成到一块芯片上，还具有附加DRAM的优点。只需要一个芯片就可以实现很多功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的整体成本很低。
目前手机数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。 CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内臵硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。
CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
CCM：CCM其实就是CMOS镜头，只是CCM的画质比CMOS高一点，拍照时感应速度也较快，但以照片品质来说还是逊色于CCD镜头，在实际拍摄中也可以感觉出来，取景速度非常快，就算迅速移动手机摄像头时，屏幕都可以迅速显示所捕抓的画面，过程非常流畅，几乎没有什么延迟。
CCD与CMOS有什么不同
由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。
在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠
以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同，要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。 感光器件的发展
CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入80年代，CCD影像传感器虽然有缺陷，由于不断的研究终于克服了困难，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD，此时CCD的发展更是突飞猛进，算一算CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入90年代中期后，CCD技术得到了迅猛发展，同时，CCD的单位面积也越来越小。但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像质量，SONY与19年开发出了SUPER HAD CCD，这种新的感光器件是在CCD面积减小的情况下，依靠CCD组件
内部放大器的放大倍率提升成像质量。以后相继出现了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色滤光技术（专为SONY F828所应用）。而富士数码相机则采用了超级CCD（Super CCD）、Super CCD SR。
对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器件的发展方向。目前，在CANON等公司的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要，使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为数码相机的核心部件，CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。 影像感光器件因素
对于数码相机来说，影像感光器件成像的因素主要有两个方面：一是感光器件的面积；二是感光器件的色彩深度。
感光器件面积越大，成像较大，相同条件下，能记录更多的图像细节，各像素间的干扰也小，成像质量越好。但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展，感光器件的面积也只能是越来越小。
除了面积之外，感光器件还有一个重要指标，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。非专业型数码相机的感光器件一般是24位的，高档点的采样时是30位，而记录时
仍然是24位，专业型数码相机的成像器件至少是36位的，据说已经有了48位的CCD。对于24位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是256x256x256约16,77万种。对于36位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。举例来说，如果某一被摄体，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光器件的数码相机来拍摄的话，如果按低光部位曝光，则凡是亮度高于256备的部位，均曝光过度，层次损失，形成亮斑，如果按高光部位来曝光，则某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光器件的专业数码相机，就不会有这样的问题。
手机的数码相机功能指的是手机是否可以通过内臵或是外接的数码相机进行拍摄静态图片或短片拍摄，作为手机的一项新的附加功能，手机的数码相机功能得到了迅速的发展。 手机摄像头分为内臵与外臵，内臵摄像头是指摄像头在手机内部，更方便。外臵手机通过数据线或者手机下部接口与数码相机相连，来完成数码相机的一切拍摄功能。外臵数码相机的优点在于可以减轻手机的重量，而且外臵数码相机重量轻，携带方便，使用方法简单。 处于发展阶段的手机的数码相机的性能应该也处于初级阶段，带有光学变焦的手机目前国内销售的还没有这个功能，不过相信随着手机数码相机功能的发展，带
有光学变焦的手机也会逐渐上市，但大部分都拥有数码变焦功能。除此之外，目前手机的数码相机功能主要包括拍摄静态图像，连拍功能，短片拍摄，镜头可旋转，自动白平衡，内臵闪光灯等等。 手机的拍摄功能是与其屏幕材质、屏幕的分辨率、摄像头像素、摄像头材质有直接关系。 像素：数码相机的像素数包括有效像素（Effective Pixels）和最大像素（Maximum Pixels）。与最大像素不同的是有效像素数是指真正参与感光成像的像素值，而最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。 对于手机的数码相机像素，目前只能处于初级发展阶段，像素数并不很高，大都在10万--130万像素之间。数码相机的像素数越大，所拍摄的静态图像的分辨率也越大，相应的一张图片所占用的空间也会增大。 有效像素：有效像素数英文名称为Effective Pixels。与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。 数码图片的储存方式一般以像素（Pixel）为单位，每个象素是数码图片里面积最小的单位。像素越大，图片的面积越大。要增加一个图片的面积大小，如果没有更多的光进入感光器件，唯一的办法就是把像素的面积增大，这样一来，可能会影响图片的锐力度和清晰度。所以，在像素面积不变的情况下，数码相机能获得最大的图片像素，即为有效像素。 最大像素：最大像素英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插值运算
后获得的。插值运算通过设在数码相机内部的DSP芯片，在需要放大图像时用最临近法插值、线性插值等运算方法，在图像内添加图像放大后所需要增加的像素。插值运算后获得的图像质量不能够与真正感光成像的图像相比。以最大像素拍摄的图片清晰度比不上以有效像素拍摄的。 传感器：作为手机新型的拍摄功能，内臵的数码相机功能与我们平时所见到的低端的（10万--130万像素）数码相机相同。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。目前手机数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。 CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内臵硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。 CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。
CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。 CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。 CCM：CCM其实就是CMOS镜头，只是CCM的画质比CMOS高一点，拍照时感应速度也较快，但以照片品质来说还是逊色于CCD镜头，在实际拍摄中也可以感觉出来，取景速度非常快，就算迅速移动手机摄像头时，屏幕都可以迅速显示所捕抓的画面，过程非常流畅，几乎没有什么延迟。 CCD与CMOS有什么不同 由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。 在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用
CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。 CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同，要缩小CCD套件的体积很困难。但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。 感光器件的发展 CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入80年代，CCD影像传感器虽然有缺陷，由于不断的研究终于克服了困难，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD，此时CCD的发展更是突飞猛进，算一算CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入90年代中期后，CCD技术得到了迅猛发展，同时，CCD的单位面积也越来越小。但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像质量，SONY与19年开发出了SUPER HAD CCD，这种新的感光器件是在CCD面积减小的情况下，依靠CCD组件内部放大器的放大倍率提升成像质量。以后相继出现了NEW
STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色滤光技术（专为SONY F828所应用）。而富士数码相机则采用了超级CCD（Super CCD）、Super CCD SR。 对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器件的发展方向。目前，在CANON等公司的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要，使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为数码相机的核心部件，CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。 影像感光器件因素 对于数码相机来说，影像感光器件成像的因素主要有两个方面：一是感光器件的面积；二是感光器件的色彩深度。 感光器件面积越大，成像较大，相同条件下，能记录更多的图像细节，各像素间的干扰也小，成像质量越好。但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展，感光器件的面积也只能是越来越小。 除了面积之外，感光器件还有一个重要指标，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。非专业型数码相机的感光器件一般是24位的，高档点的采样时是30位，而记录时仍然是24位，专业型数码相机的成像器件至少是36位的，据说已经有了48位的CCD。对于24位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是256x256x256约
16,77万种。对于36位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。举例来说，如果某一被摄体，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光器件的数码相机来拍摄的话，如果按低光部位曝光，则凡是亮度高于256备的部位，均曝光过度，层次损失，形成亮斑，如果按高光部位来曝光，则某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光器件的专业数码相机，就不会有这样的问题。 由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。 CCD传感器-原理编辑本段 CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。它具有光电转换、信息存贮和延时等功能，而且集成度高、功耗小，已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛
的应用，尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。CCD有面阵和线阵之分，面阵是把CCD像素排成1个平面的器件；而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。由于在军事领域主要用的是面阵CCD，因此这里主要介绍面阵CCD。 CCD传感器-种类编辑本段 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。 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。 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。 CCD传感器-结构编辑本段 CCD是由许多个光敏像元按一定规律排列组成的。每个像元就是一个MOS电容器(大多为光敏二极管)，它是在P 型Si衬底表面上用氧化的办法生成1层厚度约为1000A～1500A的SiO2,再在SiO2表面蒸镀一金属层(多晶硅)，在衬底和金属电极间加上1个偏臵电压，就构成1个MOS电容器。当有1束光线投射到MOS电容器上时，光子穿过透明电极及氧化层，进入P型Si衬底，衬底中处于价带的电子将吸收光子的能量而跃入导带。光子进入衬底时产生的电子跃迁形成电子－空穴对，电子－空穴对在外加电场的作用下，分别向电极的两端移动，这就是信号电荷。这些信号电荷储存在由电极形成的“势阱”中。 MOS电容器的电荷储存容量可由下式求得： QS=Ci×VG×A 式中： QS是电荷储存量； Ci是单位面积氧化层的电容； VG是外加偏臵电压； A是MOS电容栅的面积。由此可见，光敏元面积越大，其光电灵敏度越高。1个3相驱动工作的CCD中电荷转移的过程。 (a)初始状态；(b)电荷由①电极向②电极转移；(c)电荷在①、②电极下
均匀分布； (d)电荷继续由①电极向②电极转移；(e)电荷完全转移到②电极；(f)3相交叠脉冲。 假设电荷最初存储在电极①(加有10V电压)下面的势阱中，如图2(a)所示，加在CCD所有电极上的电压，通常都要保持在高于某一临界值电压Vth，Vth称为CCD阈值电压，设Vth=2V。所以每个电极下面都有一定深度的势阱。显然，电极①下面的势阱最深，如果逐渐将电极②的电压由2V增加到10V，这时，①、②两个电极下面的势阱具有同样的深度，并合并在一起，原先存储在电极①下面的电荷就要在两个电极下面均匀分布，(b)和(c)所示，然后再逐渐将电极下面的电压降到2V，使其势阱深度降低，(d)和(e)所示，这时电荷全部转移到电极②下面的势阱中，此过程就是电荷从电极①到电极②的转移过程。如果电极有许多个，可将其电极按照1、4、7…，2、5、8…和3、6、9…的顺序分别连在一起，加上一定时序的驱动脉冲，即可完成电荷从左向右转移的过程。用3相时钟驱动的CCD称为3相CCD。 CCD传感器-特性编辑本段 ①调制传递函数MTF特性：固态图像传感器是由像素矩阵与相应转移部分组成的。固态的像素尽管己做得很小，并且其间隔也很微小，但是，这仍然是识别微小图像或再现图像细微部分的主要障碍。 ②输出饱和特性：当饱和曝光量以上的强光像照射到图像传感器上时，传感器的输出电压将出现饱和，这种现象称为输出饱和特性。产生输出饱和现象的根本原因是光敏二极管或MOS电容器仅能产生与积蓄一定极限的光生信号电荷所致。 ③暗输出特性：暗输出又称无照输出，系指无光像信号照射时，传感器仍有微小输出的特性，输出来源于暗„无照)
电流。 ④灵敏度：单位辐射照度产生的输出光电流表示固态图象传感器的灵敏度，它主要与固态图像传感器的像元大小有关。 ⑥弥散：饱和曝光量以上的过亮光像会在象素内产生与积蓄起过饱和信号电荷，这时，过饱和电荷便会从一个像素的势阱经过衬底扩散到相邻像素的势阱。这样，再生图像上不应该呈现某种亮度的地方反而呈现出亮度，这种情况称为弥散现象。 ⑥残像：对某像素扫描并读出其信号电荷之后，下一次扫描后读出信号仍受上次遗留信号电荷影响的现象叫残像。 ⑦等效噪声曝光量:产生与暗输出(电压)等值时的曝光量称为传感器的等效噪声曝光量。 CCD传感器-与CMOS区别编辑本段 CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电，不像由二极管组成的CCD，CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，这有助于改善人们心目中数码相机是\" 电老虎\"的不良印象。CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热。暗电流抑制得好就问题不大，如果抑制得不好就十分容易出现杂点。 此外，CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如，如果分辨率为300万像素，那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷，扫描的方法非常简单，就好像把水桶从一个人传给另一个人，并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可节省任何无效的传输操作，所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描，同时噪音也有所降
低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技.
CMOS与CCD传感器深度解析
1、传统CCD和CMOS的比较
CCD和CMOS感光元件都采用感光二极管作为捕获光线的部件，感光二极管受到光线照射时会输出电流，电流的强度则和光照的强度成正比。但不同的是，一个CCD感光单元除了感光二极管之外，只包括一个控制相邻电荷的寄存器。而CMOS感光单元的构成则比较复杂，除了感光二极管之外，还包括放大器和模/数转换电路，这样一个感
光单元就包含了一个感光二极管和三个晶体管。每个CCD或CMOS感光单元就是感光元件上的一个子像素。 HC1E上使用的CMOS传感器
不过，CCD和CMOS感光元件的工作原理并不相同。在CCD中，每个感光单元产生的电荷，也就是模拟信号沿着同列的垂直寄存器逐次传输，并逐次与下一个感光单元的信号结合，直到进入水平寄存器，最终由输出端经过放大器的放大输出。这些模拟信号再经过模数转换芯片处理之后，以二进制图像矩阵的形式传输给专用的DSP芯片处理。而在CMOS中，单个单元就可以完成电信号的放大和模/数转换工作，所得的数字信号合并后直接交给DSP芯片处理。不同的结构和工作原理使得CCD和CMOS这两种感光元件各自拥有不同的特点。 2、CCD和CMOS的优缺点
由于CCD感光元件的单个感光单元结构简单，因此在相同面积下，CCD感光元件可以做得比CMOS更加精细，分辨率更高；同时，在感光单元中，感光二极管占有更大的面积，所得图像也比较艳丽；此外，由于统一进行信号放大，因此图像的噪音小。不过，CCD也有一些缺点，首先是要使用专用的制造设备，而且一个单元的损坏会造成整个列的失效，成品率低，导致生产成本较高；其次，CCD需要外加电压才能使电荷流动，并且不同的垂直寄存器需要的电压不一样，要用专用的电源管理电路配合，功耗比同尺寸的CMOS高；再次，由
于CCD感光元件本身无法和模/数转换等周边电路整合，因此整个模块的小型化比较困难。
CMOS感光元件可以利用标准的CMOS半导体芯片生产技术大规模生产，同时，它的每个感光单元都是的，即使损坏也不会影响到其他单元，因此生产成本低廉；其次，由于每个单元进行信号放大和模/数转换，因此不但功耗很低，而且整个模块的体积也更小。但是，由于感光单元中更大的部分被放大器和模/数转换单元占据，传统CMOS元件的开口率很低，由此导致光利用效率差，色彩也不够艳丽；此外，由于每个单元输出，初始信号的放大率很难做到严
格统一，因此图像的噪声问题比较严重。
3、不断发展的CMOS新技术
首先是制造工艺的提升。减小晶体管的尺寸，扩大感光单元的有效感光区域是提升CMOS感光元件开口率最直接的办法，这方面的代表技术是索尼的“精细处理技术”。索尼的HDV-HC1使用的1/3英寸300万像素CMOS感光元件通过采用精细处理技术，减小了晶体管的尺寸，成功地使灵敏度比普通CMOS提高了20%，动态范围提高了56%，噪音也进一步降低。
降低噪声技术——CMOS感光元件的噪声来源有两种：一是固定图像噪声，指的是由于感光单元的放大器放大率不同而出现的噪声；二是由于内部电磁干扰产生的随机噪声。降噪的方法一是在CMOS芯
片内部内臵降噪电路，二是在DSP芯片中作降噪处理，其余还包括优化CMOS感光元件的结构等等，佳能、索尼等公司在数码相机用CMOS感光元件和处理芯片中都已经搭载了效果很好的降噪技术。
索尼在数码摄像机的影像处理技术(也就是所谓的“算法”)上的改进也很重要。索尼专门为CMOS感光芯片开发了“增强型影像处理器”，使用了全新的算法，能够很好地提升HDV影像的动态范围，表现影像的层次感。
cmos和ccd的区别和应用
在传统观念中，CCD代表着高解析度、低噪点等优点，而CMOS由于噪点问题，一直与电脑摄像头、手机摄像头等对画质要求不高的电子产品联系在一起。但是现在CMOS摄像机绝非只局限于简单的应用，甚至发展于高清系列。首先我们还是从CCD和CMOS的不同工作原理说起。
CCD在工作时，上百万个像素感光后会生成上百万个电荷，所有的电荷全部经过一个“放大器”进行电压转变，形成电子信号，因此，这个“放大器”就成为了一个制约图像处理速度的“瓶颈”，所有电荷由单一通道输出，就像千军万马从一座桥上通过，当数据量大的时候就发生信号“拥堵”，而HDV格式却恰恰需要在短时间内处理大量数据，因此，在民用级产品中使用单CCD无法满足高速读取高清数据的需要。
而CMOS则不同，每个像素点都有一个单独的放大器转换输出，因此CMOS没有CCD的“瓶颈”问题，能够在短时间内处理大量数据，输出高清影像，因此也能都满足高清HDV的需求。另外，CMOS工作所需要的电压比CCD低很多，功耗大约只有CCD的1/3。因此,电池尺寸可以做得更小，使得摄像机的体积也就做得更小。而且，每个CMOS都有单独的数据处理能力，这也大大减少的集成电路的体积，这也让高清数码摄像机得以实现小型化。 1. 什么是CCD摄像机?
CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。 2. CCD摄像机的工作方式
被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
3. CCD芯片的尺寸
CCD的成像尺寸常用的有1/2\"、1/3\"等，成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。
画素多寡与尺寸大小没有绝对关系,大多数的直观想法认为 CCD
的画素越大，所需空间应该越多，相对的 CCD 的面积尺寸应该越大!对照目前的生产技术来说，这个观念是『对』也是『不对』。事实上，画素开口面积大小与线路布局精细度才是影响 CCD 尺寸的关键因素;也就是说，当制程技术越精密，线路所需占得的空间就越小，相对画素开口面积固定下，可以靠得更紧密，也就可以达到进一步缩小面积的目的。
此外，五百万画素的表现是否一定优于四百万画素，其实也不尽然，端看 CCD 的设计布局。5MP:1/1.8英吋 v.s. 4MP：1/1.8英吋，四百万画素的开口率或称为 Fill Factor (光填充率)就比 5MP 来得大，相对的感光能力上要比 5MP 来得强;不过，解像力上当然还是 5MP 画素的感光元件较优。
CCD Size 影响成本与设计,越来越多的 LCD 宽萤幕为了满足人类视觉比例，跳脱传统 4：3 的规格走向 16：9 /16：10 更宽广的界线。然而，大多数 DSC 消费型数位相机的 CCD 长宽比，依然沿袭 1950 年代电视规格标准刚制订时 4：3的标准(3：2主要仍为 DSLR 数位单眼机身所采用，另中片幅、专业数位机背享有1：1之正方形特殊规格)。主要是这方面设计变更不仅会影响成本，也会牵动至后续相机与镜头的设计。 4.分辨率的选择
评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。一般的监视场
合，用400线左右的黑白摄像机就可以满足要求。而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。 5成像灵敏度
通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合;在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0.02Lux的摄像机。与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。
0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.参考环境照度：
夏日阳光下 100000Lux 阴天室外 10000Lux
电视台演播室 1000Lux 距60W台灯60cm桌面 300Lux 室内日光灯 100Lux 黄昏室内 10Lux 20cm处烛光 10-15Lux 夜间路灯 0.1Lux 6. 电子快门
电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设臵为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。 7. 外同步与外触发
外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的
起止时间。为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像，要实现这种功能，必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。 8. 光谱响应特性
CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。其响应峰值为绿光(550nm)，分布曲线如右图所示。夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以CCD对紫外不敏感。彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。
传统的CMOS传感器是一种通常比CCD传感器低10倍感光度的传感器。
因为人眼能看到1Lux照度(满月的夜晚)以下的目标，CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux，是CMOS传感器感光度的3到10倍。 CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内，CMOS传感器有固定比CCD传感器高10倍的噪音，固定的图案噪音始终停留在屏幕上好像那就是一个图案，因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量应用的所有摄像机都是用了CCD传感器，CMOS传感器一般用于非常低端的家庭安全方面。
有2个例外，CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度，CMOS传感器非常快速，比CCD传感器要快10到100倍，
因此非常适用于特殊应用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高帧摄像机。
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，可以使摄像机变得简单并易于携带，因此CMOS摄像机可以做得非常小。
CMOS摄像机尽管耗能同样或者高于CCD摄像机，但是CMOS传感器使用很少的圆环如CDS, TG和DSP环，所以同样尺寸的总能量消耗比CCD摄像机减少了1/2到1/4。监视器级别摄像机使用12伏特/65毫安电源，几乎和CMOS摄像机一样，但是具有好得多的影像质量，C系列摄像机使用0.35um3.3伏特数字讯号处理器，因此消耗非常少的能量(54C0,54C1,54C2,54C1,54C5,54C6)。所有其它公司生产的CCD摄像机的消耗12伏特/150到300毫安，因此比CMOS的5到12伏特和35到70毫安高出了2到4倍。 CCD和CMOS的区别：
CCD 和 CMOS 的制造过程和电子半导体技术息息相关，不同于传统底片采用化学制程，CCD 感光原件是在晶圆上(Circular disk) 藉由加工技术\"蚀刻\"出来。90年代初期 CCD 规格较没有统一，因此呈现混乱的局面，特别是发展厂商希冀以不同的生产技术和切割方式创造最佳利润，以至于特殊规格出现导致例外的发展。市场优胜劣败的淘汰下，现今量产 CCD 的公司只剩下：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和SHARP，相关技术和规格几乎大部分已由日本厂商统一制订。
CCD称为“电荷耦合器件” ，CCD实际上只是一个把从图像半导体中出来的电子有组织地储存起来的方法。
CMOS称为“互补金属氧化物半导体”，CMOS实际上只是将晶体管放在硅块上的技术，没有更多的含义。传感器被称为CMOS传感器只是为了区别于CCD传感器，与传感器处理影像的真正方法无关。 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电子转变成电压信号，因此就非常快。这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，高帧速度能达到400到2000帧/秒。这个优点对于眺望高速移动的物体非常有用，然而由于没有高速的数字讯号处理器，所以市场上只有很少的高速摄像机并一般价格都非常高，每个单位00到300,000。敏通生产的75帧CCD摄像机已经比PAL TV标准的25帧/秒快了3倍，并且达到了CCD设备的物理极限 CMOS数码摄像机工作原理是这样：CMOS感光后生成一个电信号，再把电信号转化为数字信号，再通过独特的算法把数字信号还原为图像，这其中，影像的计算处理就成了一个极其关键的步骤。索尼为CMOS感光芯片专门开发了“增强型影像处理器”，它使用了一种全新的算法，能够很好地提升HDV影像的动态范围，平衡光暗度，表现影像的层次感。所谓“动态范围”是指一台摄像机在暗处拍摄物体时候的影像再现能力，这是考察数码摄像机成像质量的一个重要标准，高动态范围可以在暗处实现原始影像真实重现和同时有很好的细节表现力。“增强型影像处理器”把原始的影像信号分离成为“图像信号”和“亮度信号”，画面的明暗处被分别优化处理，更加逼真传神，
高清晰的视频信号就这样实现了。
随着CMOS在制造工艺和影像处理技术上的不断突破，业内对CMOS的前景预测也越来越乐观。高清数字影像的普及更是CMOS技术发展的一个难得机遇。而且，与CCD相比，CMOS的制造原理更加简单，体积更小，功耗可以大大的降低，种种迹像表明：图像传感器的领域正面临着一个重大转折，尽管从目前的状况看，CMOS与CCD图像传感器的应用市场仍然有一个分界，但这个界限似乎越来越模糊。有专家预言，随着300万像素的CMOS图像传感器的上市，图像传感器即将进入“CMOS时代”。
CMOS有这么多优点，过去没有在DV和DC产品大范围使用CMOS，是因为CMOS确实存在一些缺陷：由于CMOS的每个像素需要单独搭配一个“放大器”，这就会带来了两个问题：一方面，在每个像素中“放大器”都要占用一定面积，这部分面积不能感光，会直接损失图像;另一方面，要让每个“放大器”的放大效果保持均衡很困难，这也会增加噪点。
CCD及CMOS的区别和对比
CCD 英文全名 Charge Coupled Device，感光耦合元件，CCD为数位相机中可记录光线变化的半导体，通常以百万像素〈megapixel〉为单位。数位相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的解析度，也代表着这台数位相机的 CCD 上有多少感光元件。
CCD 主要材质为硅晶半导体，基本原理类似 CASIO 计算机上的太阳
能电池，透过光电效应，由感光元件表面感应来源光线，从而转换成储存电荷的能力。简单的说，当 CCD 表面接受到快门开启，镜头进来的光线照射时， 即会将光线的能量转换成电荷，光线越强、电荷也就越多，这些电荷就成为判断光线强弱大小的依据。CCD 元件上安排有通道线路，将这些电荷传输至放大解码原件，就能还原 所有CCD上感光元件产生的讯号，并构成了一幅完整的画面。此一特性，使得 CCD 通用在数位相机〈Digital Camera〉与扫瞄器〈Scanner〉上，作为目前最大宗之感光元件来源。
ＣＭＯＳ 英文全名 Complementary Metal-Oxide Semiconductor，互补性氧化金属半导体，CMOS和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体 ，外观上几乎无分轩轾。但，CMOS的製造技术和CCD 不同，反而比较接近一般电脑晶片。CMOS的材质主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带 – 电） 和 P（带 + 电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理晶片纪录和解读成影像。然而，CMOS因为在画素的旁边就放臵了讯号放大器，导致其缺点容易出现杂点 ，特别是处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象，更使得杂讯难以抑制。
CCD和CMOS相机的成像特点对比： CCD
采用CCD的数码单反，图像饱和度较高，图像较为锐利，质感更加真实，尤其是在低感光度下，成像有良好的表现。但是，从目前数码单
反的表现来看，CCD的噪点随着感光度的升高而增加较快，高感光度下的噪点控制并不是CCD传感器的强项也就是说，CCD传感器的优势表现在低感光度下，这时候能充分发挥CCD传感器的优势，比如色彩鲜艳，图像质感鲜活等等。CCD的另一个特点是，它的表面更容易形成静电场，所以比更容易吸附灰尘。所以，对于采用CCD传感器的数码单反来说，你可能需要更注意防尘。目前，在市场上主流的数码单反中，采用CCD传感器的数码单反包括尼康D40/D40X，D60，D80，D200，索尼a100/200/300/350， CMOS
CMOS的特性在某些程度上跟CCD完全相反。CMOS传感器在低感光度下的成像也非常干净，但是，采用CMOS传感器的数码单反成像看上去偏灰（在不调整的情况下），色彩饱和度较低，质感和锐度的表现也要稍逊一筹。但是，目前大多数CMOS具备硬件降噪机制，所以噪点随着感光度的升高增加较慢，所以，在高感光度下，CMOS传感器表现反而好过CCD传感器。佳能的全系列数码单反均采用CMOS传感器，这也是佳能的数码单反在高感光度下表现较好的一个原因。而尼康D300、D700、D3，索尼a700、宾得K20D、三星GX-20等采用CMOS传感器的数码单反在高感光度下也有较好的表现。CMOS的另一个优点是数据读取速度快，因此那些连拍速度较快的数码单反都清一色采用CMOS传感器。另外，CMOS相对CCD的功耗较低，除了省电以外，也相对较不容易吸附灰尘。
CMOS 对抗 CCD的优势在于成本低，耗电需求少, 便于制造, 可以与
影像处理电路同处于一个晶片上。但由于上述的缺点，CMOS 只能在经济型的数位相机市场中生存。 不过，新一代 『Fill Factor CMOS』 成为解决这个难题的救星，Fill factor CMOS 属于此型感测器中最先进的製程技术。最大的差别在于提高 Fill Factor（单一画素中可吸收光的面积对整个画素的比例），有效做到提升敏感度、放大CMOS面积（全画幅）和降低杂讯的影响。再将 Fill Factor CMOS 与 CCD 感光器比较发现，CCD 受限于良率和结构製程，面积越小，画素越高，相对成本也就越低；Fill Factor CMOS 刚好相反，由于感光开口加大，FF CMOS 可以挑战更高画素，更大面积（全画幅），甚至就产出比例来说，FF CMOS 单一晶圆的附加价值更大。
由于 Fill Factor CMOS 技术的特殊性，自身拥有晶圆生产设备的Canon 可以说是最早体悟到 Fill Factor CMOS 的市场潜力。Canon EOS D30 是该公司最早选择以 FF CMOS当感光元件数位 DSLR 产品，低廉的价格颇受消费者支持。虽然，EOS D30的画质表现普通，不过，后续的研究整合了完整的图像处理引擎等，更高速且尖端的影像技术，今日，採用大画素、全片幅之 Fill Factor CMOS 已经成为主流，高阶旗舰级全片幅数位机身包括：Canon 1DsMarkII、Kodak DCS Pro/c 也全面採用 Fill factor CMOS。
比较 CCD 和 CMOS 的结构，放大器的位臵和数量是最大的不同之处,简单地解释：CCD 每曝光一次，自快门关闭或是内部时脉自动断线（电子快门）后，即进行画素转移处理，将每一行中每一个画素（pixel）的电荷信号依序传入『缓冲器（电荷储存器）』中，由底端的线路导
引输出至 CCD 旁的放大器进行放大，再串联 ADC（类比数位资料转换器） 输出；相对地，CMOS 的设计中每个画素旁就直接连着『放大器』，光电讯号可直接放大再经由 BUS 通路移动至 ADC 中转换成数位资料。
CCD 与 CMOS 感光元件之优缺点比较. 设计 灵敏同样面积下较高 度 成本 高 敏度低 低 传统技术较低 度 高 讯比 多元放大器 杂讯低 误差大 杂讯高 耗能比 反应慢 速度 由于构造上的基本差异，我们可以看出CCD和CMOS在性能上的不同： CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个画素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完
快 需外加电压导出电像素直接放大，荷，耗能高 耗能低 CCD 单一感光器 器 感光开口小 灵CMOS 感光器连结放大解析结构複杂度低解析度整性；CMOS的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个画素的资料。
整体来说，CCD 与 CMOS 两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括 ISO 感光度、製造成本、解析度、杂讯与耗电量等，不同类型的差异对比如下：
ISO感光度差异：由于 CMOS 每个画素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一画素的感光区域的表面积，因此在 相同画素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS的感光度会低于CCD。 成本差异：CMOS 应用半导体工业常用的 MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本 和良率的损失；相对地 CCD 採用电荷传递的方式输出资讯，必须另闢传输通道，如果通道中有一个画素故障（Fail），就会导致一整排的讯号壅塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS低，加上另闢传输通道和外加 ADC 等周边，CCD的製造成本相对高于CMOS。
解析度差异：在第一点『感光度差异』中，由于 CMOS 每个画素的结构比 CCD 複杂，其感光开口不及CCD大，相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时，CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过，如果跳脱尺寸，目前业界的CMOS 感光原件已经可达到1400万 画素 / 全片幅的设计，CMOS 技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件製造上的困难，特别是全片幅 24mm-by-36mm 这样的大小。 杂讯差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个 ADC 放大器，如果以百万画素计，那麽就需要百万个以上的 ADC 放大器，虽然是统
一製造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS最终计算出的杂讯就比较多。
耗电量差异：CMOS的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但CCD却为被动式，必须外加电压让每个画素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使 CCD 的电量远高于CMOS。 尽管 CCD 在影像品质等各方面均优于CMOS，但不可否认的CMOS具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。由于数位影像的需求热烈，CMOS的低成本和稳定供货，成为厂商的最爱，也因此其製造技术不断地改良更新，使得 CCD 与 CMOS 两者的差异逐渐缩小 。
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