2024年9月17日发(作者：局冬卉)
智能传感技术大作业
CMOS和CCD成像系统优劣之争
班级：021152
学号：02115098
姓名：李东櫆
CMOS和CCD成像系统优劣之争
【摘要】
随着多媒体、数字电视、数码相机、可视通信等领域的热度逐渐增加，CMOS
图像传感器的应用前景更加广阔。以数码相机为例，短短几年内，其分辨率就由
几十万像素，发展到1000万、2000万像素甚至更高。CMOS图像传感器逐步
侵占传统上由CCD图像传感器覆盖的应用领域，图像传感器的领域正面临着一
个重大转折。而对于CMOS和CCD的优劣，业界也有着很大的争执。本文将
分析CMOS和CCD的成像原理，比较两者在成像质量等各方面的优劣。
一、 CCD传感器工作原理
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），是一种新型光
电转换器件，用一种高感光度的半导体材料制成，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。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置硬盘卡保存。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。
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个偏置电压，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是外加偏置电压；
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。
CCD传感器具有以下特性：
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。
二、 COMS传感器原理
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金
属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本
的资料。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。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传
感器也可细分为被动式像素传感器与主动式像素传感器。
被动式
被动式像素结构，又叫无源式。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关
管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，
它可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光
敏二极管与垂直的列线连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路保持列线
电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电
压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
主动式
主动式像素结构又叫有源式，几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人
们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS
APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元
件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40%～50%的入射光被反射。这种传感
器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通
过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放
大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还
小。
填充因数
这填充因数指像素上的光电二极管相对于像素表面的大小。量子效率是指一
个像素被光子撞击后实际和理论最大值电子数的归一化值.被动式像素结构的电
荷填充因数通常可达到70%，因此量子效率高。但光电二极管积累的电荷通常
很小，很易受到杂波干扰。再说像素内部又没有信号放大器，只依赖垂直总线终
端放大器，因而读出的信号杂波很大，其S/N比低，更因不同位置的像素杂波
大小不一样（固定图形噪波FPN）而影响整个图像的质量。而主动性像素结构
与被动式相比，它在每个像素处增加了一个放大器，可以将光电二极管积累的电
荷转换成电压进行放大，大大提高了S/N比，从而提高了传输过程中抗干扰的
能力。但由于放大器占据了过多的像素面积，因而它的填充因数相对较低，一般
在25%-35%之间。
影响因素
1.噪声
这是影响CMOS传感器性能的首要问题。这种噪声包括固定图形噪声、暗
电流噪声、热噪声等。固定图形噪声产生的原因是一束同样的光照射到两个不同
的象素上产生的输出信号不完全相同。噪声正是这样被引入的。对付固定图形噪
声可以应用双采样或相关双采样技术。具体地说来有点像在设计模拟放大器时引
入差分对来抑制共模噪声。双采样是先读出光照产生的电荷积分信号，暂存然后
对象素单元进行复位，再读取此象素单元地输出信号。两者相减得出图像信号。
两种采样均能有效抑制固定图形噪声。另外，相关双采样需要临时存储单元，随
着象素地增加，存储单元也要增加。
2. 暗电流
物理器件不可能是理想的，如同亚阈值效应一样，由于杂质、受热等其他原
因的影响，即使没有光照射到象素，象素单元也会产生电荷，这些电荷产生了暗
电流。暗电流与光照产生的电荷很难进行区分。暗电流在像素阵列各处也不完全
相同，它会导致固定图形噪声。对于含有积分功能的像素单元来说，暗电流所造
成的固定图形噪声与积分时间成正比。暗电流的产生也是一个随机过程，它是散
弹噪声的一个来源。因此，热噪声元件所产生的暗电流大小等于像素单元中的暗
电流电子数的平方根。当长时间的积分单元被采用时，这种类型的噪声就变成了
影响图像信号质量的主要因素，对于昏暗物体，长时间的积分是必要的，并且像
素单元电容容量是有限的，于是暗电流电子的积累限制了积分的最长时间。
为减少暗电流对图像信号的影响，首先可以采取降温手段。但是，仅对芯片
降温是远远不够的，由暗电流产生的固定图形噪声不能完全通过双采样克服。现
在采用的有效的方法是从已获得的图像信号中减去参考暗电流信号。
3. 象素的饱和与溢出模糊
类似于放大器由于线性区的范围有限而存在一个输入上限，对于CMOS图
像传感芯片来说，它也有一个输入的上限。输入光信号若超过此上限，像素单元
将饱和而不能进行光电转换。对于含有积分功能的像素单元来说，此上限由光电
子积分单元的容量大小决定：对于不含积分功能的像素单元，该上限由流过光电
二极管或三极管的最大电流决定。在输入光信号饱和时，溢出模糊就发生了。溢
出模糊是由于像素单元的光电子饱和进而流出到邻近的像素单元上。溢出模糊反
映到图像上就是一片特别亮的区域。这有些类似于照片上的曝光过度。溢出模糊
可通过在像素单元内加入自动泄放管来克服，泄放管可以有效地将过剩电荷排出。
但是，这只是限制了溢出，却不能使象素能真实还原出图像了。
三、 CCD和CMOS的区别以及优劣
CCD与CMOS传感器作为被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感
光二极管进行光电转换，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。
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：
灵敏度
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。
成本
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。
分辨率
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。
噪声
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。
功耗
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。因此CCD发热量比CMOS大，不能长时间在
阳光下工作。
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；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。
四、 CMOS传感器的发展前景
在过去相当长的时间里，CCD图像传感器由于其高解析度、低噪声、高敏
感度和动态范围广等优点，一直占据着该市场的主导地位；而受工艺水平的限制，
CMOS图像传感器因其固有的图像质量差、分辨率低、噪声高和光照灵敏度不
够等特点，没有得到重视和发展。而近年来，由于集成电路设计技术和工艺水平
的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，因而
它再次成为研发的热点。如今，CMOS传感器已经全面占据了PC摄像机、移
动通信市场、数码相机、摄像机市场，甚至在比较高端的单反数码市场CMOS
也占据了很大的份额，各大厂商新发布的摄影摄像设备时，CMOS传感器成为
了主流的选择。可以预见的是，随着技术和工艺水平的不断提升，CMOS传感
器在技术性能上还会有很大的提高，成像的质量也会有很大提升。因此，我们所
处的数码影像时代，即将进入CMOS时代。
2024年9月17日发(作者：局冬卉)
智能传感技术大作业
CMOS和CCD成像系统优劣之争
班级：021152
学号：02115098
姓名：李东櫆
CMOS和CCD成像系统优劣之争
【摘要】
随着多媒体、数字电视、数码相机、可视通信等领域的热度逐渐增加，CMOS
图像传感器的应用前景更加广阔。以数码相机为例，短短几年内，其分辨率就由
几十万像素，发展到1000万、2000万像素甚至更高。CMOS图像传感器逐步
侵占传统上由CCD图像传感器覆盖的应用领域，图像传感器的领域正面临着一
个重大转折。而对于CMOS和CCD的优劣，业界也有着很大的争执。本文将
分析CMOS和CCD的成像原理，比较两者在成像质量等各方面的优劣。
一、 CCD传感器工作原理
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），是一种新型光
电转换器件，用一种高感光度的半导体材料制成，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。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置硬盘卡保存。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。
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个偏置电压，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是外加偏置电压；
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。
CCD传感器具有以下特性：
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。
二、 COMS传感器原理
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)，中文学名为互补金
属氧化物半导体，它本是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导最基本
的资料。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。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传
感器也可细分为被动式像素传感器与主动式像素传感器。
被动式
被动式像素结构，又叫无源式。它由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关
管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，
它可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光
敏二极管与垂直的列线连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路保持列线
电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电
压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
主动式
主动式像素结构又叫有源式，几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人
们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS
APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元
件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40%～50%的入射光被反射。这种传感
器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通
过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放
大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还
小。
填充因数
这填充因数指像素上的光电二极管相对于像素表面的大小。量子效率是指一
个像素被光子撞击后实际和理论最大值电子数的归一化值.被动式像素结构的电
荷填充因数通常可达到70%，因此量子效率高。但光电二极管积累的电荷通常
很小，很易受到杂波干扰。再说像素内部又没有信号放大器，只依赖垂直总线终
端放大器，因而读出的信号杂波很大，其S/N比低，更因不同位置的像素杂波
大小不一样（固定图形噪波FPN）而影响整个图像的质量。而主动性像素结构
与被动式相比，它在每个像素处增加了一个放大器，可以将光电二极管积累的电
荷转换成电压进行放大，大大提高了S/N比，从而提高了传输过程中抗干扰的
能力。但由于放大器占据了过多的像素面积，因而它的填充因数相对较低，一般
在25%-35%之间。
影响因素
1.噪声
这是影响CMOS传感器性能的首要问题。这种噪声包括固定图形噪声、暗
电流噪声、热噪声等。固定图形噪声产生的原因是一束同样的光照射到两个不同
的象素上产生的输出信号不完全相同。噪声正是这样被引入的。对付固定图形噪
声可以应用双采样或相关双采样技术。具体地说来有点像在设计模拟放大器时引
入差分对来抑制共模噪声。双采样是先读出光照产生的电荷积分信号，暂存然后
对象素单元进行复位，再读取此象素单元地输出信号。两者相减得出图像信号。
两种采样均能有效抑制固定图形噪声。另外，相关双采样需要临时存储单元，随
着象素地增加，存储单元也要增加。
2. 暗电流
物理器件不可能是理想的，如同亚阈值效应一样，由于杂质、受热等其他原
因的影响，即使没有光照射到象素，象素单元也会产生电荷，这些电荷产生了暗
电流。暗电流与光照产生的电荷很难进行区分。暗电流在像素阵列各处也不完全
相同，它会导致固定图形噪声。对于含有积分功能的像素单元来说，暗电流所造
成的固定图形噪声与积分时间成正比。暗电流的产生也是一个随机过程，它是散
弹噪声的一个来源。因此，热噪声元件所产生的暗电流大小等于像素单元中的暗
电流电子数的平方根。当长时间的积分单元被采用时，这种类型的噪声就变成了
影响图像信号质量的主要因素，对于昏暗物体，长时间的积分是必要的，并且像
素单元电容容量是有限的，于是暗电流电子的积累限制了积分的最长时间。
为减少暗电流对图像信号的影响，首先可以采取降温手段。但是，仅对芯片
降温是远远不够的，由暗电流产生的固定图形噪声不能完全通过双采样克服。现
在采用的有效的方法是从已获得的图像信号中减去参考暗电流信号。
3. 象素的饱和与溢出模糊
类似于放大器由于线性区的范围有限而存在一个输入上限，对于CMOS图
像传感芯片来说，它也有一个输入的上限。输入光信号若超过此上限，像素单元
将饱和而不能进行光电转换。对于含有积分功能的像素单元来说，此上限由光电
子积分单元的容量大小决定：对于不含积分功能的像素单元，该上限由流过光电
二极管或三极管的最大电流决定。在输入光信号饱和时，溢出模糊就发生了。溢
出模糊是由于像素单元的光电子饱和进而流出到邻近的像素单元上。溢出模糊反
映到图像上就是一片特别亮的区域。这有些类似于照片上的曝光过度。溢出模糊
可通过在像素单元内加入自动泄放管来克服，泄放管可以有效地将过剩电荷排出。
但是，这只是限制了溢出，却不能使象素能真实还原出图像了。
三、 CCD和CMOS的区别以及优劣
CCD与CMOS传感器作为被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感
光二极管进行光电转换，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。
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：
灵敏度
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。
成本
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。
分辨率
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。
噪声
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。
功耗
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。因此CCD发热量比CMOS大，不能长时间在
阳光下工作。
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；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。
四、 CMOS传感器的发展前景
在过去相当长的时间里，CCD图像传感器由于其高解析度、低噪声、高敏
感度和动态范围广等优点，一直占据着该市场的主导地位；而受工艺水平的限制，
CMOS图像传感器因其固有的图像质量差、分辨率低、噪声高和光照灵敏度不
够等特点，没有得到重视和发展。而近年来，由于集成电路设计技术和工艺水平
的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，因而
它再次成为研发的热点。如今，CMOS传感器已经全面占据了PC摄像机、移
动通信市场、数码相机、摄像机市场，甚至在比较高端的单反数码市场CMOS
也占据了很大的份额，各大厂商新发布的摄影摄像设备时，CMOS传感器成为
了主流的选择。可以预见的是，随着技术和工艺水平的不断提升，CMOS传感
器在技术性能上还会有很大的提高，成像的质量也会有很大提升。因此，我们所
处的数码影像时代，即将进入CMOS时代。