高光譜成像儀：CCD和CMOS傳感器的區别

CCD和CMOS是兩種高光譜成像儀中的圖像傳感器類型。那麽，這兩種傳感器有一樣嗎？有什麽妻别呢？本文結合實際情況，簡單總結瞭CCD和CMOS這兩種圖像傳感器的區别。

CCD和CMOS圖像傳感器是什麽？

1. CCD圖像傳感器

CCD是指電荷耦合器件，是一種用電荷量表示信号大小，用耦合方式傳輸信号的探測元件，具有自掃描、感受波譜範圍寬、畸變(biàn)小、體積小、重量輕、系統噪聲低、功耗小、壽命長、可靠性高等一系列優點，並(bìng)可做成集成度非常高的組合件。

2. CMOS圖像傳感器

CMOS圖像傳(chuán)感器是一種典型的固體成像傳(chuán)感器。CMOS圖像傳(chuán)感器通常由像敏單(dān)元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，這幾部分通常都被集成在同一塊矽片上。其工作過程一般可分爲複位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

CCD和CMOS圖像傳感器的區别

由於(yú)數據傳(chuán)送方式不同，因此CCD與CMOS傳(chuán)感器在效能與應用上也有諸多差異，這些差異包括：

1. 靈敏度差異

由於(yú)CMOS傳(chuán)感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路)，使得每個象素的感光區域遠小於(yú)象素本身的表面積，因此在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳(chuán)感器的靈敏度要低於(yú)CCD傳(chuán)感器。

2. 成本差異

由於(yú)CMOS傳感器採(cǎi)用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地将周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節省外圍芯片的成本；除此之外，由於(yú)CCD採(cǎi)用電荷傳遞的方式傳送數據，隻要其中有一個象素不能運行，就會導緻一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在産品問世的半年内突破 50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會高於(yú)CMOS傳感器。

3. 分辨率差異

如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器複雜，其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時，CCD傳感器的分辨率通常會優於(yú)CMOS傳感器的水平。例如，目前市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平(OmniVision的 OV2610，2002年6月推出)，其尺寸爲1/2英寸，象素尺寸爲4.25μm，但Sony在2002年12月推出瞭(le)ICX452，其尺寸與 OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率卻能高達513萬象素，象素尺寸也隻有2.78mm的水平。

4. 噪聲差異

由於(yú)CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器，而放大器屬於(yú)模拟電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一緻，因此與隻有一個放大器放在芯片邊(biān)緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲就會增加很多，影響圖像品質。

5. 功耗差異

CMOS傳感器的圖像採集方式爲主動式，感光二極管所産生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器爲被動式採集，需外加電壓讓每個象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到12~18V；因此，CCD傳感器除瞭(le)在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加 power IC)，高驅動電壓更使其功耗遠高於(yú)CMOS傳感器的水平。舉例來說，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 fps的速度下運行，功耗僅爲40mW；而緻力於(yú)低功耗CCD傳感器的Sanyo公司去年推出瞭(le)1/7英寸、CIF等級的産品，其功耗卻仍保持在90mW 以上，雖然該公司近期将推出35mW的新産品，但仍與CMOS傳感器存在差距，且仍處於(yú)樣品階段。