2024年9月17日发(作者：仪景彰)
CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用
CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用 CCD
监控摄像机目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一定的
优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很大），
但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大等问题
也是不可否认的。而CMOS由于制造工艺简单，因此可以在
普通半导体生产线上进行生产，其制造成本比较低廉。CCD
和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来比较两者主
要存在的区别：
（a）信息读取方式不同
CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位
的实施转移后读取，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
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。
（b）速度有所差别
CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的
输出信息，速度较慢；而CMOS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象信息，速度比
CCD快很多。
（c）电源及耗电量
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较
大；CMOS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。
（d）成像质量
CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结
合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有
一定优势。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电
路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪
声对图象质量影响很大。
CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”
上都是不同的。
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CC D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。
数码相机成像过程
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、一个重新设置和选择
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。
外部结构（传感器在产品上的应用结构）
CCD电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经
后续地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且
还须提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度
非常低。由CCD电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯
片，有的多达八片，最少的也 有三片，使CCD电荷耦合器
制作的数码相机成本较高。
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，可以将数码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 个芯片就可以实现数码相
机的所有功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的
整体成本很低。
________________________________________
CCD CMOS
全称 电荷耦合装置
Charge Coupled Device 互补金属氧化物半导体
Complementary Metal Oxide Semiconductor
价格 高 低
噪声（照片暗部的不规则杂点） 低 较高
耗电量 高 低
影响锐利度 高 一般
动态范围 高 一般
发展趋势 技术较为成熟 生产厂家众多，技术不
断有突破性进展。
其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。
这两种CCD的性能区别非常大。
总的来说，全帧的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS
的综合性能最差。full frame CCD最突出的优势是分辨率和
动态范围。最弱的地方就是贵，耗电。
CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。优势就是便
宜，省电。
interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。
总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。
现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame
CCD还是Interline CCD。当然多数都是后者。专业级的数码
相机，肯定是前者。所以，Full frame CCD 和Interline CCD
间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。当然，
专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。
数码相机与传统照相机相比的最大区别，在于数码相机用半
导体芯片取代了传统摄影用胶卷，并实现了数字化的影像存
储，因而成像芯片 对数码相机拍摄质量的影像，就像胶卷
对传统摄影拍摄质量的影响一样，举足轻重。传统摄影选择
胶卷有着很大的灵活性，发现某种牌号 的胶卷质量不理想，
可以另购其它牌号的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片与
数码相机构成一个密不可分的整体，是“从一而终”，一 经
选定某种型号的数码相机，成像芯片随之确定而无法更换。
因此，我们必须对数码相机的成像芯片给以足够的关注，既
要关注它的类型 ，又要关注它的分辨率、尺寸、像元尺寸
和制作质量。
监控摄像机成像芯片的种类及质量
成像芯片的作用，是将数码相机镜头成在它上面的像转换
为电荷输出。目前数码相机用成像芯片分为CCD和CMOS
两类。用CCD作 成像芯片的数码相机已为人们所熟悉，因
为全世界数码相机型号的95％以上，我国市场销售数码相机
的100％，都是使用CCD作成 像芯片的。与CMOS相比，
CCD问世较早，具有制作水平高、生产规模大、成像质量高
（尤其是噪声水平低）、技术成熟的特点。
CMOS是互补金属氧化物半导体器件，它的光电转换功能与
CCD相似，区别主要在于光电转换后信息传送的方式不同。
CMOS具有 信息读取方式简单、输出信息速率快、耗电省
（仅为CCD芯片的1／10左右）、体积小、重量轻、集成度
高、价格低等特点，是未来 数码相机理想的成像芯片，但
要达到CCD芯片的成像质量，仍有漫长的路要走，因而目
前选购CCD芯片数码相机是明智之举。
CCD芯片又分为线型和面型两大类。线型CCD芯片的最大
特点是分辨率很高，可拍摄得到1000万以上像素水平影像
的数码相机， 都采用线型CCD芯片的。目前线型CCD数
码相机最高可拍摄得到的像素水平高达1．3亿。遗憾的是
线型CCD数码相机是扫描型的 ，曝光方式与平台扫描仪相
似，曝光时间特别长，无法拍摄动态物体，更不能进行闪光
拍摄。
采用面型CCD芯片的数码相机的最大特点是可瞬间曝光，
应用灵活性大，国内市场上所见到的轻便数码相机和单反数
码相机，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平为600
万。 成像芯片的分辨率如何挑选监控摄像机 成像芯片
的分辨率是数码相机最重要的性能指标，通常用像素数表
示，意味着数码相机将镜头成在CCD芯片上面的像以多少
个“点 ”加以记录。这已为越来越多的人所认识，只是还
必须注意以下三方面的区别：
1．CCD芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别。CCD芯片分
辨率是指芯片上所具有的CCD像元数；拍摄分辨率是指拍
摄时实际参与 成像的CCD像元数。由于数码相机将CCD
芯片上的部分CCD像元用于测光、自动聚焦和自动调整白
平衡等方面，使得拍摄分辨率总 是小于CCD芯片分辨率。
选购数码相机既要看CCD芯片分辨率，更要看可最大拍摄
分辨率。
2．拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别。拍摄分辨率是拍
摄时实际参与成像的CCD像元数；插值分辨率是用软件插
值的方法产生得到 的，比CCD芯片上实际参与成像的像元
数更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于
成倍提高，但插值将导致影像反差的 降低，成像锐度的下
降，因此要分清插值分辨率与拍摄分辨率。
3．线型CCD芯片与面型CCD芯片分辨率的含义有区别。
在采用线型CCD芯片的数码相机上，由三个像元产生一个
影像像素；而面 型CCD芯片在每一个像元的基础之上都要
产生一个像素（将具体像元的信息与周围像元的信息综合得
到）。因而线型CCD数码相机上 除了标有正常的分辨率外，
还标有相当于面型CCD数码相机的分辨率，即三倍的数值。
如目前最高拍摄分辨率为1．3亿像素水平的数 码相机，还
标有相当于3．9亿像素水平。
购用数码相机，并非像素水平越高越好，多高像素水平的数
码相机合适，完全取决于我们的实际应用。比如，家庭购用
数码相机，分辨率 一般达到1500×1000就可以了，这种像
素水平数码相机拍摄所制作的7、8英寸的照片，有着完全
令人满意的分辨率；用于拍摄 网页图像的数码相机，分辨
率有1028×768的影像水平就足够，当然，拍摄网页用图像
可以用更价廉的网络照相机（WebCam ）；摄制多媒体课件
用图像，数码相机的分辨率与投影机的分辨率相当即可。目
前学校中用投影机的分辨率多在800×600、102 4×768的像
素水平上；婚纱摄影、广告摄影用于摄制大幅面照片的数码
相机，像素水平至少在600万以上。购数码相机后要用于不
同的方面，则应按其中高分辨率的应用要求，确定选购数码
相机的像素水平。
成像芯片的尺寸 数码相机CCD芯片的尺寸，人们很少关心，
甚至于一些轻便数码相机的性能介绍上也没有标明CCD芯
片的大小，而随着数码相机 像素水平的不断提高，CCD芯
片的尺寸指标显得越发重要。
无论是摄像机还是数码相机，只要是面向大众而不是按专业
使用设计的，都倾向于使用小尺寸的面型CCD芯片。这一
方面是为了降低C CD芯片制作成本，因为CCD芯片的面积
越大，制作成品率越低，生产成本陡增；另一方面是使设备
小型化、轻量化的需要，因为只有 CCD芯片尺寸小，镜头、
机身的尺寸才可以随之减小。在轻便和单反数码相机中所有
的CCD芯片，最小尺寸是卡西欧QV－10、Q V－30上使用
的仅有约2．4mm×1．8mm大小；最大尺寸是柯达、佳能
单反数码相机EOSDCS1、EOSD6000、DC S460、DCS560、
DCS660上使用的高达27．6mm×18．4mm，最大的与最小
的CCD芯片成像面积相差上百倍。
CCD芯片的制作水平近十几年来每年都会发生突飞猛进的
发展，尤其表现在CCD芯片中单个像元的尺寸上。早期的
技术无法将CCD 芯片中的单个像元做得很小，1mm长度上
只能制作几十个像元，即单个像元的大小在几十微米。而现
在1mm长度上最多可制作200 多个像元，像元的大小已小
到几微米。降低制作成本的需要与制作技术的发展，使得像
素水平不断上升的轻便数码相机，仍采用小尺寸的 CCD芯
片，如像素水平为640×480的奥林巴斯C－400、C－420L
等许多数码相机，采用的是尺寸为1／3英寸的CCD 芯片；
像素水平为1280×960的卡西欧QV－5000SX轻便数码相
机，仍采用1／3英寸的CCD芯片。高像素水平的数码相 机
采用小尺寸的CCD芯片，对数码相机镜头的分辨率提出了
更高的要求，因为数码相机镜头的分辨率应该达到的水平，
与CCD芯片单 位长度内像元数有关，即数码照相机镜头应
该具有的分辨率≥CCD芯片的成像区横向像元数／CCD芯
片
成像区横向尺寸 很显然，在芯片像元数一定的情况下，
CCD芯片成像区域越小，要求镜头的分辨率越高。如镜头分
辨率不能随之升高，就不能发挥 每个像元的作用。目前芯
片尺寸小而镜头的分辨率又低，是轻便数码相机存在的共性
问题，在选购高像素轻便数码相机时，必须综合考虑 CCD
芯片的像素水平、CCD芯片的尺寸和镜头可能达到的分辨率
水平。
由于CCD芯片制作成本随尺寸呈几何级数上升，因而不同
档次数码相机即使分辨率相同，其CCD芯片尺寸也可能不
同，通常是档次越 低的数码相机，所用CCD芯片的尺寸越
小。
CCD影像感应器目前已大部份被使用在数码相机上，而近年
来CMOS感应器也逐渐开始出现在数码相机的市场当中，
CMOS的诞生 具备了许多CCD所没有的一些优势，例如：
省电、高集成度、成本更低等等。因此就未来影像感应技术
的发展来看，数码相机的影像感 应器市场将会是CCD与
CMOS的兵家必争之地，未来低于4000元的数码相机的影
像感应器相信将会由CMOS胜出，而高于这一 价格的数码
相机市场将会出现由CCD与CMOS共同领导的新局面。
从工作原理上讲，这两种影像感应器都是将光讯号转变
成电信号而进行?出，而这 一转换也是在每一个像素中所完
成。所以要了解影像感应器的原理之前，我们必须先要了解
像素的定义和原理。影像感应器制造商对像素 的定义是：
在影像感应器上将光讯号转变成电信号的基本工作单位。比
如，一台数码相机标称使用一枚1280 x 960的影像感应器，
那么它就会有1,228,800个像素，而这是完全不同于传统电
视与电脑显示器制造商所使用的像素定义的。
像素的原理
电子显微镜下的CCD表面
像素是影像感应器的基本单位，以CMOS感应器的像素为
例，它包含了一个光电 二极管，用以产生与入射光成比例
的电荷，同时它也包含了其他一些电子元件，以提供缓存转
换和复位功能。当每个像素上的电容所积累 的电荷达到的
一定数量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍
摄影像的原始信号才得以真正成形，而具有全部这些功能的
器件 才能称为是一个真正的影像感应器。
CMOS产品图片
信噪比
影像感应器的信噪比可以用分贝（噪声单位）表示，当
信号到达一定强度时，信噪 比并不会等比例增加，但是，
如果要让低伏值*的讯号可以被检测出来，那么信噪比就变
得非常重要。
信噪比的基本定义为：在有效输出范围内，真值信号强度与
噪声强度的比值。当真值信号被噪声所埋没后，后方将无法
有效地从前方输出 中提取信息。
*在常规的信号检测中，电压被做为可参考的主要依据，同
样对于影像感应器来说，每个像素输出的电压高低便作为后
方信号处理的实际 依据。
色彩灵敏度失衡
彩色影像感应器对不同波长的入射光有不同的灵敏度，
而这将会造成拍摄影像时的 的色彩失衡。当然，色彩失衡
可以用后续的数字化处理得到补偿，但这也有可能放大在经
过模/数转换后的噪声。现在的技术可以解决色 彩敏感度失
衡的问题，然后再将讯号送到模/数转换器进行数字量化，最
后再运用色差增益或放大技术进行处理。
暗电流是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，理想
的影像感应器其暗电流应该是零，但是，实际状况是每个像
素中的光电二极管 同时又充当了电容，当电容器慢慢地释
放电荷时，就算没有入射光，暗电流的电压也会与低亮度入
射光的输出电压相当。因此，在这些时 候我们还是能从显
示器上看到部分“影像”，大部分情况下这都是因为从暗电
流中所累积的电荷释放造成的。所以，暗电流是影响画质的
噪声之一，CCD与CMOS感应器的暗电流范围为0.075－2.0
纳安/平方厘米左右。实际上因为CCD与CMOS在图像采集
方面的本质区别，在暗电流的形成上差别还是比较大的。但
是由于双方在后台处理上的不同，暗电流的影响已经消除了
大半，因此在最终 得到的实际影像上的差别还不是非常明
显的。
像素的大小
影像感应器能否捕捉到低亮度的影像将取决于每个像
素的采光区域的大小，较大的 像素将使影像感应器捕捉到
更多的光子，如此便能提高像素的动态范围。但是，更大的
像素也就需要较多的硅芯片，这也在无形当中加高 了生产
成本，因此决定最佳化的影像感应器组件大小将由设定采光
区域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望获得的实际影像
质量来共同 决定。如何了解更多监控摄像机的相关知识
CCD监控摄像机目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一
定的优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很
大），但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大
等问题也是不可否认的。而CMOS由于制造工艺简单，因此
可以在普通半导体生产线上进行生产，其制造成本比较低
廉。CCD和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来
比较两者主要存在的区别：
：
（a）信息读取方式不同
CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位
的实施转移后读取，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
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。
（b）速度有所差别
CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的
输出信息，速度较慢；而CMOS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象信息，速度比
CCD快很多。
（c）电源及耗电量
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较
大；CMOS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。
（d）成像质量
CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结
合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有
一定优势。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电
路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪
声对图象质量影响很大。
CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”
上都是不同的。
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CC D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。
数码相机成像过程
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、一个重新设置和选择
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。
外部结构（传感器在产品上的应用结构）
CCD电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经
后续地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且
还须提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度
非常低。由CCD电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯
片，有的多达八片，最少的也 有三片，使CCD电荷耦合器
制作的数码相机成本较高。
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，可以将数码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 个芯片就可以实现数码相
机的所有功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的
整体成本很低。
CCD CMOS
全称 电荷耦合装置
Charge Coupled Device 互补金属氧化物半导体
Complementary Metal Oxide Semiconductor
价格 高 低
噪声（照片暗部的不规则杂点） 低 较高
耗电量 高 低
影响锐利度 高 一般
动态范围 高 一般
发展趋势 技术较为成熟 生产厂家众多，技术不
断有突破性进展。
其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。
这两种CCD的性能区别非常大。
总的来说，全帧的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS
的综合性能最差。full frame CCD最突出的优势是分辨率和
动态范围。最弱的地方就是贵，耗电。
CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。优势就是便
宜，省电。
interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。
总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。
现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame
CCD还是Interline CCD。当然多数都是后者。专业级的数码
相机，肯定是前者。所以，Full frame CCD 和Interline CCD
间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。当然，
专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。
数码相机与传统照相机相比的最大区别，在于数码相机用半
导体芯片取代了传统摄影用胶卷，并实现了数字化的影像存
储，因而成像芯片 对数码相机拍摄质量的影像，就像胶卷
对传统摄影拍摄质量的影响一样，举足轻重。传统摄影选择
胶卷有着很大的灵活性，发现某种牌号 的胶卷质量不理想，
可以另购其它牌号的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片与
数码相机构成一个密不可分的整体，是“从一而终”，一 经
选定某种型号的数码相机，成像芯片随之确定而无法更换。
因此，我们必须对数码相机的成像芯片给以足够的关注，既
要关注它的类型 ，又要关注它的分辨率、尺寸、像元尺寸
和制作质量。
监控摄像机成像芯片的种类及质量 成像芯片的作用，是将
数码相机镜头成在它上面的像转换为电荷输出。目前数码相
机用成像芯片分为CCD和CMOS两类。用CCD作 成像芯
片的数码相机已为人们所熟悉，因为全世界数码相机型号的
95％以上，我国市场销售数码相机的100％，都是使用CCD
作成 像芯片的。与CMOS相比，CCD问世较早，具有制作
水平高、生产规模大、成像质量高（尤其是噪声水平低）、
技术成熟的特点。
CMOS是互补金属氧化物半导体器件，它的光电转换功能与
CCD相似，区别主要在于光电转换后信息传送的方式不同。
CMOS具有 信息读取方式简单、输出信息速率快、耗电省
（仅为CCD芯片的1／10左右）、体积小、重量轻、集成度
高、价格低等特点，是未来 数码相机理想的成像芯片，但
要达到CCD芯片的成像质量，仍有漫长的路要走，因而目
前选购CCD芯片数码相机是明智之举。
CCD芯片又分为线型和面型两大类。线型CCD芯片的最大
特点是分辨率很高，可拍摄得到1000万以上像素水平影像
的数码相机， 都采用线型CCD芯片的。目前线型CCD数
码相机最高可拍摄得到的像素水平高达1．3亿。遗憾的是
线型CCD数码相机是扫描型的 ，曝光方式与平台扫描仪相
似，曝光时间特别长，无法拍摄动态物体，更不能进行闪光
拍摄。
采用面型CCD芯片的数码相机的最大特点是可瞬间曝光，
应用灵活性大，国内市场上所见到的轻便数码相机和单反数
码相机，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平为600
万。 成像芯片的分辨率如何挑选监控摄像机 成像芯片
的分辨率是数码相机最重要的性能指标，通常用像素数表
示，意味着数码相机将镜头成在CCD芯片上面的像以多少
个“点 ”加以记录。这已为越来越多的人所认识，只是还
必须注意以下三方面的区别：
1．CCD芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别。CCD芯片分
辨率是指芯片上所具有的CCD像元数；拍摄分辨率是指拍
摄时实际参与 成像的CCD像元数。由于数码相机将CCD
芯片上的部分CCD像元用于测光、自动聚焦和自动调整白
平衡等方面，使得拍摄分辨率总 是小于CCD芯片分辨率。
选购数码相机既要看CCD芯片分辨率，更要看可最大拍摄
分辨率。
2．拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别。拍摄分辨率是拍
摄时实际参与成像的CCD像元数；插值分辨率是用软件插
值的方法产生得到 的，比CCD芯片上实际参与成像的像元
数更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于
成倍提高，但插值将导致影像反差的 降低，成像锐度的下
降，因此要分清插值分辨率与拍摄分辨率。
3．线型CCD芯片与面型CCD芯片分辨率的含义有区别。
在采用线型CCD芯片的数码相机上，由三个像元产生一个
影像像素；而面 型CCD芯片在每一个像元的基础之上都要
产生一个像素（将具体像元的信息与周围像元的信息综合得
到）。因而线型CCD数码相机上 除了标有正常的分辨率外，
还标有相当于面型CCD数码相机的分辨率，即三倍的数值。
如目前最高拍摄分辨率为1．3亿像素水平的数 码相机，还
标有相当于3．9亿像素水平。
购用数码相机，并非像素水平越高越好，多高像素水平的数
码相机合适，完全取决于我们的实际应用。比如，家庭购用
数码相机，分辨率 一般达到1500×1000就可以了，这种像
素水平数码相机拍摄所制作的7、8英寸的照片，有着完全
令人满意的分辨率；用于拍摄 网页图像的数码相机，分辨
率有1028×768的影像水平就足够，当然，拍摄网页用图像
可以用更价廉的网络照相机（WebCam ）；摄制多媒体课件
用图像，数码相机的分辨率与投影机的分辨率相当即可。目
前学校中用投影机的分辨率多在800×600、102 4×768的像
素水平上；婚纱摄影、广告摄影用于摄制大幅面照片的数码
相机，像素水平至少在600万以上。购数码相机后要用于不
同的方面，则应按其中高分辨率的应用要求，确定选购数码
相机的像素水平。
成像芯片的尺寸 数码相机CCD芯片的尺寸，人们很少关心，
甚至于一些轻便数码相机的性能介绍上也没有标明CCD芯
片的大小，而随着数码相机 像素水平的不断提高，CCD芯
片的尺寸指标显得越发重要。
无论是摄像机还是数码相机，只要是面向大众而不是按专业
使用设计的，都倾向于使用小尺寸的面型CCD芯片。这一
方面是为了降低C CD芯片制作成本，因为CCD芯片的面积
越大，制作成品率越低，生产成本陡增；另一方面是使设备
小型化、轻量化的需要，因为只有 CCD芯片尺寸小，镜头、
机身的尺寸才可以随之减小。在轻便和单反数码相机中所有
的CCD芯片，最小尺寸是卡西欧QV－10、Q V－30上使用
的仅有约2．4mm×1．8mm大小；最大尺寸是柯达、佳能
单反数码相机EOSDCS1、EOSD6000、DC S460、DCS560、
DCS660上使用的高达27．6mm×18．4mm，最大的与最小
的CCD芯片成像面积相差上百倍。
CCD芯片的制作水平近十几年来每年都会发生突飞猛进的
发展，尤其表现在CCD芯片中单个像元的尺寸上。早期的
技术无法将CCD 芯片中的单个像元做得很小，1mm长度上
只能制作几十个像元，即单个像元的大小在几十微米。而现
在1mm长度上最多可制作200 多个像元，像元的大小已小
到几微米。降低制作成本的需要与制作技术的发展，使得像
素水平不断上升的轻便数码相机，仍采用小尺寸的 CCD芯
片，如像素水平为640×480的奥林巴斯C－400、C－420L
等许多数码相机，采用的是尺寸为1／3英寸的CCD 芯片；
像素水平为1280×960的卡西欧QV－5000SX轻便数码相
机，仍采用1／3英寸的CCD芯片。高像素水平的数码相 机
采用小尺寸的CCD芯片，对数码相机镜头的分辨率提出了
更高的要求，因为数码相机镜头的分辨率应该达到的水平，
与CCD芯片单 位长度内像元数有关，即数码照相机镜头应
该具有的分辨率≥CCD芯片的成像区横向像元数／CCD芯
片
成像区横向尺寸
很显然，在芯片像元数一定的情况下，CCD芯片成像区
域越小，要求镜头的分辨率越高。如镜头分辨率不能随之升
高，就不能发挥 每个像元的作用。目前芯片尺寸小而镜头
的分辨率又低，是轻便数码相机存在的共性问题，在选购高
像素轻便数码相机时，必须综合考虑 CCD芯片的像素水平、
CCD芯片的尺寸和镜头可能达到的分辨率水平。
由于CCD芯片制作成本随尺寸呈几何级数上升，因而不同
档次数码相机即使分辨率相同，其CCD芯片尺寸也可能不
同，通常是档次越 低的数码相机，所用CCD芯片的尺寸越
小。
CCD影像感应器目前已大部份被使用在数码相机上，而近年
来CMOS感应器也逐渐开始出现在数码相机的市场当中，
CMOS的诞生 具备了许多CCD所没有的一些优势，例如：
省电、高集成度、成本更低等等。因此就未来影像感应技术
的发展来看，数码相机的影像感 应器市场将会是CCD与
CMOS的兵家必争之地，未来低于4000元的数码相机的影
像感应器相信将会由CMOS胜出，而高于这一 价格的数码
相机市场将会出现由CCD与CMOS共同领导的新局面。
从工作原理上讲，这两种影像感应器都是将光讯号转变
成电信号而进行?出，而这 一转换也是在每一个像素中所完
成。所以要了解影像感应器的原理之前，我们必须先要了解
像素的定义和原理。影像感应器制造商对像素 的定义是：
在影像感应器上将光讯号转变成电信号的基本工作单位。比
如，一台数码相机标称使用一枚1280 x 960的影像感应器，
那么它就会有1,228,800个像素，而这是完全不同于传统电
视与电脑显示器制造商所使用的像素定义的。
像素的原理
电子显微镜下的CCD表面
像素是影像感应器的基本单位，以CMOS感应器的像素为
例，它包含了一个光电 二极管，用以产生与入射光成比例
的电荷，同时它也包含了其他一些电子元件，以提供缓存转
换和复位功能。当每个像素上的电容所积累 的电荷达到的
一定数量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍
摄影像的原始信号才得以真正成形，而具有全部这些功能的
器件 才能称为是一个真正的影像感应器。
CMOS产品图片
信噪比
影像感应器的信噪比可以用分贝（噪声单位）表示，当
信号到达一定强度时，信噪 比并不会等比例增加，但是，
如果要让低伏值*的讯号可以被检测出来，那么信噪比就变
得非常重要。
信噪比的基本定义为：在有效输出范围内，真值信号强度与
噪声强度的比值。当真值信号被噪声所埋没后，后方将无法
有效地从前方输出 中提取信息。
*在常规的信号检测中，电压被做为可参考的主要依据，同
样对于影像感应器来说，每个像素输出的电压高低便作为后
方信号处理的实际 依据。
色彩灵敏度失衡
彩色影像感应器对不同波长的入射光有不同的灵敏度，
而这将会造成拍摄影像时的 的色彩失衡。当然，色彩失衡
可以用后续的数字化处理得到补偿，但这也有可能放大在经
过模/数转换后的噪声。现在的技术可以解决色 彩敏感度失
衡的问题，然后再将讯号送到模/数转换器进行数字量化，最
后再运用色差增益或放大技术进行处理。
暗电流是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，理想
的影像感应器其暗电流应该是零，但是，实际状况是每个像
素中的光电二极管 同时又充当了电容，当电容器慢慢地释
放电荷时，就算没有入射光，暗电流的电压也会与低亮度入
射光的输出电压相当。因此，在这些时 候我们还是能从显
示器上看到部分“影像”，大部分情况下这都是因为从暗电
流中所累积的电荷释放造成的。所以，暗电流是影响画质的
噪声之一，CCD与CMOS感应器的暗电流范围为0.075－2.0
纳安/平方厘米左右。实际上因为CCD与CMOS在图像采集
方面的本质区别，在暗电流的形成上差别还是比较大的。但
是由于双方在后台处理上的不同，暗电流的影响已经消除了
大半，因此在最终 得到的实际影像上的差别还不是非常明
显的。
像素的大小
影像感应器能否捕捉到低亮度的影像将取决于每个像
素的采光区域的大小，较大的 像素将使影像感应器捕捉到
更多的光子，如此便能提高像素的动态范围。但是，更大的
像素也就需要较多的硅芯片，这也在无形当中加高 了生产
成本，因此决定最佳化的影像感应器组件大小将由设定采光
区域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望获得的实际影像
质量来共同 决定。如何了解更多监控摄像机的相关知识
2024年9月17日发(作者：仪景彰)
CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用
CMOS和CCD监控摄像机的区别数码相机所用 CCD
监控摄像机目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一定的
优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很大），
但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大等问题
也是不可否认的。而CMOS由于制造工艺简单，因此可以在
普通半导体生产线上进行生产，其制造成本比较低廉。CCD
和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来比较两者主
要存在的区别：
（a）信息读取方式不同
CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位
的实施转移后读取，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
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。
（b）速度有所差别
CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的
输出信息，速度较慢；而CMOS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象信息，速度比
CCD快很多。
（c）电源及耗电量
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较
大；CMOS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。
（d）成像质量
CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结
合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有
一定优势。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电
路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪
声对图象质量影响很大。
CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”
上都是不同的。
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CC D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。
数码相机成像过程
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、一个重新设置和选择
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。
外部结构（传感器在产品上的应用结构）
CCD电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经
后续地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且
还须提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度
非常低。由CCD电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯
片，有的多达八片，最少的也 有三片，使CCD电荷耦合器
制作的数码相机成本较高。
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，可以将数码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 个芯片就可以实现数码相
机的所有功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的
整体成本很低。
________________________________________
CCD CMOS
全称 电荷耦合装置
Charge Coupled Device 互补金属氧化物半导体
Complementary Metal Oxide Semiconductor
价格 高 低
噪声（照片暗部的不规则杂点） 低 较高
耗电量 高 低
影响锐利度 高 一般
动态范围 高 一般
发展趋势 技术较为成熟 生产厂家众多，技术不
断有突破性进展。
其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。
这两种CCD的性能区别非常大。
总的来说，全帧的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS
的综合性能最差。full frame CCD最突出的优势是分辨率和
动态范围。最弱的地方就是贵，耗电。
CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。优势就是便
宜，省电。
interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。
总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。
现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame
CCD还是Interline CCD。当然多数都是后者。专业级的数码
相机，肯定是前者。所以，Full frame CCD 和Interline CCD
间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。当然，
专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。
数码相机与传统照相机相比的最大区别，在于数码相机用半
导体芯片取代了传统摄影用胶卷，并实现了数字化的影像存
储，因而成像芯片 对数码相机拍摄质量的影像，就像胶卷
对传统摄影拍摄质量的影响一样，举足轻重。传统摄影选择
胶卷有着很大的灵活性，发现某种牌号 的胶卷质量不理想，
可以另购其它牌号的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片与
数码相机构成一个密不可分的整体，是“从一而终”，一 经
选定某种型号的数码相机，成像芯片随之确定而无法更换。
因此，我们必须对数码相机的成像芯片给以足够的关注，既
要关注它的类型 ，又要关注它的分辨率、尺寸、像元尺寸
和制作质量。
监控摄像机成像芯片的种类及质量
成像芯片的作用，是将数码相机镜头成在它上面的像转换
为电荷输出。目前数码相机用成像芯片分为CCD和CMOS
两类。用CCD作 成像芯片的数码相机已为人们所熟悉，因
为全世界数码相机型号的95％以上，我国市场销售数码相机
的100％，都是使用CCD作成 像芯片的。与CMOS相比，
CCD问世较早，具有制作水平高、生产规模大、成像质量高
（尤其是噪声水平低）、技术成熟的特点。
CMOS是互补金属氧化物半导体器件，它的光电转换功能与
CCD相似，区别主要在于光电转换后信息传送的方式不同。
CMOS具有 信息读取方式简单、输出信息速率快、耗电省
（仅为CCD芯片的1／10左右）、体积小、重量轻、集成度
高、价格低等特点，是未来 数码相机理想的成像芯片，但
要达到CCD芯片的成像质量，仍有漫长的路要走，因而目
前选购CCD芯片数码相机是明智之举。
CCD芯片又分为线型和面型两大类。线型CCD芯片的最大
特点是分辨率很高，可拍摄得到1000万以上像素水平影像
的数码相机， 都采用线型CCD芯片的。目前线型CCD数
码相机最高可拍摄得到的像素水平高达1．3亿。遗憾的是
线型CCD数码相机是扫描型的 ，曝光方式与平台扫描仪相
似，曝光时间特别长，无法拍摄动态物体，更不能进行闪光
拍摄。
采用面型CCD芯片的数码相机的最大特点是可瞬间曝光，
应用灵活性大，国内市场上所见到的轻便数码相机和单反数
码相机，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平为600
万。 成像芯片的分辨率如何挑选监控摄像机 成像芯片
的分辨率是数码相机最重要的性能指标，通常用像素数表
示，意味着数码相机将镜头成在CCD芯片上面的像以多少
个“点 ”加以记录。这已为越来越多的人所认识，只是还
必须注意以下三方面的区别：
1．CCD芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别。CCD芯片分
辨率是指芯片上所具有的CCD像元数；拍摄分辨率是指拍
摄时实际参与 成像的CCD像元数。由于数码相机将CCD
芯片上的部分CCD像元用于测光、自动聚焦和自动调整白
平衡等方面，使得拍摄分辨率总 是小于CCD芯片分辨率。
选购数码相机既要看CCD芯片分辨率，更要看可最大拍摄
分辨率。
2．拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别。拍摄分辨率是拍
摄时实际参与成像的CCD像元数；插值分辨率是用软件插
值的方法产生得到 的，比CCD芯片上实际参与成像的像元
数更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于
成倍提高，但插值将导致影像反差的 降低，成像锐度的下
降，因此要分清插值分辨率与拍摄分辨率。
3．线型CCD芯片与面型CCD芯片分辨率的含义有区别。
在采用线型CCD芯片的数码相机上，由三个像元产生一个
影像像素；而面 型CCD芯片在每一个像元的基础之上都要
产生一个像素（将具体像元的信息与周围像元的信息综合得
到）。因而线型CCD数码相机上 除了标有正常的分辨率外，
还标有相当于面型CCD数码相机的分辨率，即三倍的数值。
如目前最高拍摄分辨率为1．3亿像素水平的数 码相机，还
标有相当于3．9亿像素水平。
购用数码相机，并非像素水平越高越好，多高像素水平的数
码相机合适，完全取决于我们的实际应用。比如，家庭购用
数码相机，分辨率 一般达到1500×1000就可以了，这种像
素水平数码相机拍摄所制作的7、8英寸的照片，有着完全
令人满意的分辨率；用于拍摄 网页图像的数码相机，分辨
率有1028×768的影像水平就足够，当然，拍摄网页用图像
可以用更价廉的网络照相机（WebCam ）；摄制多媒体课件
用图像，数码相机的分辨率与投影机的分辨率相当即可。目
前学校中用投影机的分辨率多在800×600、102 4×768的像
素水平上；婚纱摄影、广告摄影用于摄制大幅面照片的数码
相机，像素水平至少在600万以上。购数码相机后要用于不
同的方面，则应按其中高分辨率的应用要求，确定选购数码
相机的像素水平。
成像芯片的尺寸 数码相机CCD芯片的尺寸，人们很少关心，
甚至于一些轻便数码相机的性能介绍上也没有标明CCD芯
片的大小，而随着数码相机 像素水平的不断提高，CCD芯
片的尺寸指标显得越发重要。
无论是摄像机还是数码相机，只要是面向大众而不是按专业
使用设计的，都倾向于使用小尺寸的面型CCD芯片。这一
方面是为了降低C CD芯片制作成本，因为CCD芯片的面积
越大，制作成品率越低，生产成本陡增；另一方面是使设备
小型化、轻量化的需要，因为只有 CCD芯片尺寸小，镜头、
机身的尺寸才可以随之减小。在轻便和单反数码相机中所有
的CCD芯片，最小尺寸是卡西欧QV－10、Q V－30上使用
的仅有约2．4mm×1．8mm大小；最大尺寸是柯达、佳能
单反数码相机EOSDCS1、EOSD6000、DC S460、DCS560、
DCS660上使用的高达27．6mm×18．4mm，最大的与最小
的CCD芯片成像面积相差上百倍。
CCD芯片的制作水平近十几年来每年都会发生突飞猛进的
发展，尤其表现在CCD芯片中单个像元的尺寸上。早期的
技术无法将CCD 芯片中的单个像元做得很小，1mm长度上
只能制作几十个像元，即单个像元的大小在几十微米。而现
在1mm长度上最多可制作200 多个像元，像元的大小已小
到几微米。降低制作成本的需要与制作技术的发展，使得像
素水平不断上升的轻便数码相机，仍采用小尺寸的 CCD芯
片，如像素水平为640×480的奥林巴斯C－400、C－420L
等许多数码相机，采用的是尺寸为1／3英寸的CCD 芯片；
像素水平为1280×960的卡西欧QV－5000SX轻便数码相
机，仍采用1／3英寸的CCD芯片。高像素水平的数码相 机
采用小尺寸的CCD芯片，对数码相机镜头的分辨率提出了
更高的要求，因为数码相机镜头的分辨率应该达到的水平，
与CCD芯片单 位长度内像元数有关，即数码照相机镜头应
该具有的分辨率≥CCD芯片的成像区横向像元数／CCD芯
片
成像区横向尺寸 很显然，在芯片像元数一定的情况下，
CCD芯片成像区域越小，要求镜头的分辨率越高。如镜头分
辨率不能随之升高，就不能发挥 每个像元的作用。目前芯
片尺寸小而镜头的分辨率又低，是轻便数码相机存在的共性
问题，在选购高像素轻便数码相机时，必须综合考虑 CCD
芯片的像素水平、CCD芯片的尺寸和镜头可能达到的分辨率
水平。
由于CCD芯片制作成本随尺寸呈几何级数上升，因而不同
档次数码相机即使分辨率相同，其CCD芯片尺寸也可能不
同，通常是档次越 低的数码相机，所用CCD芯片的尺寸越
小。
CCD影像感应器目前已大部份被使用在数码相机上，而近年
来CMOS感应器也逐渐开始出现在数码相机的市场当中，
CMOS的诞生 具备了许多CCD所没有的一些优势，例如：
省电、高集成度、成本更低等等。因此就未来影像感应技术
的发展来看，数码相机的影像感 应器市场将会是CCD与
CMOS的兵家必争之地，未来低于4000元的数码相机的影
像感应器相信将会由CMOS胜出，而高于这一 价格的数码
相机市场将会出现由CCD与CMOS共同领导的新局面。
从工作原理上讲，这两种影像感应器都是将光讯号转变
成电信号而进行?出，而这 一转换也是在每一个像素中所完
成。所以要了解影像感应器的原理之前，我们必须先要了解
像素的定义和原理。影像感应器制造商对像素 的定义是：
在影像感应器上将光讯号转变成电信号的基本工作单位。比
如，一台数码相机标称使用一枚1280 x 960的影像感应器，
那么它就会有1,228,800个像素，而这是完全不同于传统电
视与电脑显示器制造商所使用的像素定义的。
像素的原理
电子显微镜下的CCD表面
像素是影像感应器的基本单位，以CMOS感应器的像素为
例，它包含了一个光电 二极管，用以产生与入射光成比例
的电荷，同时它也包含了其他一些电子元件，以提供缓存转
换和复位功能。当每个像素上的电容所积累 的电荷达到的
一定数量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍
摄影像的原始信号才得以真正成形，而具有全部这些功能的
器件 才能称为是一个真正的影像感应器。
CMOS产品图片
信噪比
影像感应器的信噪比可以用分贝（噪声单位）表示，当
信号到达一定强度时，信噪 比并不会等比例增加，但是，
如果要让低伏值*的讯号可以被检测出来，那么信噪比就变
得非常重要。
信噪比的基本定义为：在有效输出范围内，真值信号强度与
噪声强度的比值。当真值信号被噪声所埋没后，后方将无法
有效地从前方输出 中提取信息。
*在常规的信号检测中，电压被做为可参考的主要依据，同
样对于影像感应器来说，每个像素输出的电压高低便作为后
方信号处理的实际 依据。
色彩灵敏度失衡
彩色影像感应器对不同波长的入射光有不同的灵敏度，
而这将会造成拍摄影像时的 的色彩失衡。当然，色彩失衡
可以用后续的数字化处理得到补偿，但这也有可能放大在经
过模/数转换后的噪声。现在的技术可以解决色 彩敏感度失
衡的问题，然后再将讯号送到模/数转换器进行数字量化，最
后再运用色差增益或放大技术进行处理。
暗电流是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，理想
的影像感应器其暗电流应该是零，但是，实际状况是每个像
素中的光电二极管 同时又充当了电容，当电容器慢慢地释
放电荷时，就算没有入射光，暗电流的电压也会与低亮度入
射光的输出电压相当。因此，在这些时 候我们还是能从显
示器上看到部分“影像”，大部分情况下这都是因为从暗电
流中所累积的电荷释放造成的。所以，暗电流是影响画质的
噪声之一，CCD与CMOS感应器的暗电流范围为0.075－2.0
纳安/平方厘米左右。实际上因为CCD与CMOS在图像采集
方面的本质区别，在暗电流的形成上差别还是比较大的。但
是由于双方在后台处理上的不同，暗电流的影响已经消除了
大半，因此在最终 得到的实际影像上的差别还不是非常明
显的。
像素的大小
影像感应器能否捕捉到低亮度的影像将取决于每个像
素的采光区域的大小，较大的 像素将使影像感应器捕捉到
更多的光子，如此便能提高像素的动态范围。但是，更大的
像素也就需要较多的硅芯片，这也在无形当中加高 了生产
成本，因此决定最佳化的影像感应器组件大小将由设定采光
区域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望获得的实际影像
质量来共同 决定。如何了解更多监控摄像机的相关知识
CCD监控摄像机目前的技术比较成熟，在尺寸方面也具有一
定的优势（由于工艺方面的原因CMOS的尺寸无法做的很
大），但其工艺复杂、成本高、耗电量大、像素提升难度大
等问题也是不可否认的。而CMOS由于制造工艺简单，因此
可以在普通半导体生产线上进行生产，其制造成本比较低
廉。CCD和CMOS各自的利弊，我们可以从技术的角度来
比较两者主要存在的区别：
：
（a）信息读取方式不同
CCD传感器存储的电荷信息需在同步信号控制下一位一位
的实施转移后读取，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
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。
（b）速度有所差别
CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位的
输出信息，速度较慢；而CMOS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象信息，速度比
CCD快很多。
（c）电源及耗电量
CCD传感器电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较
大；CMOS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。
（d）成像质量
CCD传感器制作技术起步较早，技术相对成熟，采用PN结
合二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS传感器有
一定优势。由于CMOS传感器集成度高，光电传感元件与电
路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较为严重，噪
声对图象质量影响很大。
CCD与CMOS两种传感器在“内部结构”和“外部结构”
上都是不同的。
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CC D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。
数码相机成像过程
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、一个重新设置和选择
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。
外部结构（传感器在产品上的应用结构）
CCD电荷耦合器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经
后续地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且
还须提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度
非常低。由CCD电荷耦合器构成的数码相机通常有六个芯
片，有的多达八片，最少的也 有三片，使CCD电荷耦合器
制作的数码相机成本较高。
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，可以将数码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 个芯片就可以实现数码相
机的所有功能，因此采用CMOS芯片的光电图像转换系统的
整体成本很低。
CCD CMOS
全称 电荷耦合装置
Charge Coupled Device 互补金属氧化物半导体
Complementary Metal Oxide Semiconductor
价格 高 低
噪声（照片暗部的不规则杂点） 低 较高
耗电量 高 低
影响锐利度 高 一般
动态范围 高 一般
发展趋势 技术较为成熟 生产厂家众多，技术不
断有突破性进展。
其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。
这两种CCD的性能区别非常大。
总的来说，全帧的CCD性能最好。其次是隔行的CCD。CMOS
的综合性能最差。full frame CCD最突出的优势是分辨率和
动态范围。最弱的地方就是贵，耗电。
CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。优势就是便
宜，省电。
interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。
总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。
现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame
CCD还是Interline CCD。当然多数都是后者。专业级的数码
相机，肯定是前者。所以，Full frame CCD 和Interline CCD
间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。当然，
专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。
数码相机与传统照相机相比的最大区别，在于数码相机用半
导体芯片取代了传统摄影用胶卷，并实现了数字化的影像存
储，因而成像芯片 对数码相机拍摄质量的影像，就像胶卷
对传统摄影拍摄质量的影响一样，举足轻重。传统摄影选择
胶卷有着很大的灵活性，发现某种牌号 的胶卷质量不理想，
可以另购其它牌号的，完全可“朝三暮四”，而成像芯片与
数码相机构成一个密不可分的整体，是“从一而终”，一 经
选定某种型号的数码相机，成像芯片随之确定而无法更换。
因此，我们必须对数码相机的成像芯片给以足够的关注，既
要关注它的类型 ，又要关注它的分辨率、尺寸、像元尺寸
和制作质量。
监控摄像机成像芯片的种类及质量 成像芯片的作用，是将
数码相机镜头成在它上面的像转换为电荷输出。目前数码相
机用成像芯片分为CCD和CMOS两类。用CCD作 成像芯
片的数码相机已为人们所熟悉，因为全世界数码相机型号的
95％以上，我国市场销售数码相机的100％，都是使用CCD
作成 像芯片的。与CMOS相比，CCD问世较早，具有制作
水平高、生产规模大、成像质量高（尤其是噪声水平低）、
技术成熟的特点。
CMOS是互补金属氧化物半导体器件，它的光电转换功能与
CCD相似，区别主要在于光电转换后信息传送的方式不同。
CMOS具有 信息读取方式简单、输出信息速率快、耗电省
（仅为CCD芯片的1／10左右）、体积小、重量轻、集成度
高、价格低等特点，是未来 数码相机理想的成像芯片，但
要达到CCD芯片的成像质量，仍有漫长的路要走，因而目
前选购CCD芯片数码相机是明智之举。
CCD芯片又分为线型和面型两大类。线型CCD芯片的最大
特点是分辨率很高，可拍摄得到1000万以上像素水平影像
的数码相机， 都采用线型CCD芯片的。目前线型CCD数
码相机最高可拍摄得到的像素水平高达1．3亿。遗憾的是
线型CCD数码相机是扫描型的 ，曝光方式与平台扫描仪相
似，曝光时间特别长，无法拍摄动态物体，更不能进行闪光
拍摄。
采用面型CCD芯片的数码相机的最大特点是可瞬间曝光，
应用灵活性大，国内市场上所见到的轻便数码相机和单反数
码相机，都采用面 型CCD芯片，目前最高像素水平为600
万。 成像芯片的分辨率如何挑选监控摄像机 成像芯片
的分辨率是数码相机最重要的性能指标，通常用像素数表
示，意味着数码相机将镜头成在CCD芯片上面的像以多少
个“点 ”加以记录。这已为越来越多的人所认识，只是还
必须注意以下三方面的区别：
1．CCD芯片分辨率与拍摄分辨率之间的区别。CCD芯片分
辨率是指芯片上所具有的CCD像元数；拍摄分辨率是指拍
摄时实际参与 成像的CCD像元数。由于数码相机将CCD
芯片上的部分CCD像元用于测光、自动聚焦和自动调整白
平衡等方面，使得拍摄分辨率总 是小于CCD芯片分辨率。
选购数码相机既要看CCD芯片分辨率，更要看可最大拍摄
分辨率。
2．拍摄分辨率与插值分辨率之间的区别。拍摄分辨率是拍
摄时实际参与成像的CCD像元数；插值分辨率是用软件插
值的方法产生得到 的，比CCD芯片上实际参与成像的像元
数更多像素的分辨率。插值后的像素水平是更高了，甚至于
成倍提高，但插值将导致影像反差的 降低，成像锐度的下
降，因此要分清插值分辨率与拍摄分辨率。
3．线型CCD芯片与面型CCD芯片分辨率的含义有区别。
在采用线型CCD芯片的数码相机上，由三个像元产生一个
影像像素；而面 型CCD芯片在每一个像元的基础之上都要
产生一个像素（将具体像元的信息与周围像元的信息综合得
到）。因而线型CCD数码相机上 除了标有正常的分辨率外，
还标有相当于面型CCD数码相机的分辨率，即三倍的数值。
如目前最高拍摄分辨率为1．3亿像素水平的数 码相机，还
标有相当于3．9亿像素水平。
购用数码相机，并非像素水平越高越好，多高像素水平的数
码相机合适，完全取决于我们的实际应用。比如，家庭购用
数码相机，分辨率 一般达到1500×1000就可以了，这种像
素水平数码相机拍摄所制作的7、8英寸的照片，有着完全
令人满意的分辨率；用于拍摄 网页图像的数码相机，分辨
率有1028×768的影像水平就足够，当然，拍摄网页用图像
可以用更价廉的网络照相机（WebCam ）；摄制多媒体课件
用图像，数码相机的分辨率与投影机的分辨率相当即可。目
前学校中用投影机的分辨率多在800×600、102 4×768的像
素水平上；婚纱摄影、广告摄影用于摄制大幅面照片的数码
相机，像素水平至少在600万以上。购数码相机后要用于不
同的方面，则应按其中高分辨率的应用要求，确定选购数码
相机的像素水平。
成像芯片的尺寸 数码相机CCD芯片的尺寸，人们很少关心，
甚至于一些轻便数码相机的性能介绍上也没有标明CCD芯
片的大小，而随着数码相机 像素水平的不断提高，CCD芯
片的尺寸指标显得越发重要。
无论是摄像机还是数码相机，只要是面向大众而不是按专业
使用设计的，都倾向于使用小尺寸的面型CCD芯片。这一
方面是为了降低C CD芯片制作成本，因为CCD芯片的面积
越大，制作成品率越低，生产成本陡增；另一方面是使设备
小型化、轻量化的需要，因为只有 CCD芯片尺寸小，镜头、
机身的尺寸才可以随之减小。在轻便和单反数码相机中所有
的CCD芯片，最小尺寸是卡西欧QV－10、Q V－30上使用
的仅有约2．4mm×1．8mm大小；最大尺寸是柯达、佳能
单反数码相机EOSDCS1、EOSD6000、DC S460、DCS560、
DCS660上使用的高达27．6mm×18．4mm，最大的与最小
的CCD芯片成像面积相差上百倍。
CCD芯片的制作水平近十几年来每年都会发生突飞猛进的
发展，尤其表现在CCD芯片中单个像元的尺寸上。早期的
技术无法将CCD 芯片中的单个像元做得很小，1mm长度上
只能制作几十个像元，即单个像元的大小在几十微米。而现
在1mm长度上最多可制作200 多个像元，像元的大小已小
到几微米。降低制作成本的需要与制作技术的发展，使得像
素水平不断上升的轻便数码相机，仍采用小尺寸的 CCD芯
片，如像素水平为640×480的奥林巴斯C－400、C－420L
等许多数码相机，采用的是尺寸为1／3英寸的CCD 芯片；
像素水平为1280×960的卡西欧QV－5000SX轻便数码相
机，仍采用1／3英寸的CCD芯片。高像素水平的数码相 机
采用小尺寸的CCD芯片，对数码相机镜头的分辨率提出了
更高的要求，因为数码相机镜头的分辨率应该达到的水平，
与CCD芯片单 位长度内像元数有关，即数码照相机镜头应
该具有的分辨率≥CCD芯片的成像区横向像元数／CCD芯
片
成像区横向尺寸
很显然，在芯片像元数一定的情况下，CCD芯片成像区
域越小，要求镜头的分辨率越高。如镜头分辨率不能随之升
高，就不能发挥 每个像元的作用。目前芯片尺寸小而镜头
的分辨率又低，是轻便数码相机存在的共性问题，在选购高
像素轻便数码相机时，必须综合考虑 CCD芯片的像素水平、
CCD芯片的尺寸和镜头可能达到的分辨率水平。
由于CCD芯片制作成本随尺寸呈几何级数上升，因而不同
档次数码相机即使分辨率相同，其CCD芯片尺寸也可能不
同，通常是档次越 低的数码相机，所用CCD芯片的尺寸越
小。
CCD影像感应器目前已大部份被使用在数码相机上，而近年
来CMOS感应器也逐渐开始出现在数码相机的市场当中，
CMOS的诞生 具备了许多CCD所没有的一些优势，例如：
省电、高集成度、成本更低等等。因此就未来影像感应技术
的发展来看，数码相机的影像感 应器市场将会是CCD与
CMOS的兵家必争之地，未来低于4000元的数码相机的影
像感应器相信将会由CMOS胜出，而高于这一 价格的数码
相机市场将会出现由CCD与CMOS共同领导的新局面。
从工作原理上讲，这两种影像感应器都是将光讯号转变
成电信号而进行?出，而这 一转换也是在每一个像素中所完
成。所以要了解影像感应器的原理之前，我们必须先要了解
像素的定义和原理。影像感应器制造商对像素 的定义是：
在影像感应器上将光讯号转变成电信号的基本工作单位。比
如，一台数码相机标称使用一枚1280 x 960的影像感应器，
那么它就会有1,228,800个像素，而这是完全不同于传统电
视与电脑显示器制造商所使用的像素定义的。
像素的原理
电子显微镜下的CCD表面
像素是影像感应器的基本单位，以CMOS感应器的像素为
例，它包含了一个光电 二极管，用以产生与入射光成比例
的电荷，同时它也包含了其他一些电子元件，以提供缓存转
换和复位功能。当每个像素上的电容所积累 的电荷达到的
一定数量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍
摄影像的原始信号才得以真正成形，而具有全部这些功能的
器件 才能称为是一个真正的影像感应器。
CMOS产品图片
信噪比
影像感应器的信噪比可以用分贝（噪声单位）表示，当
信号到达一定强度时，信噪 比并不会等比例增加，但是，
如果要让低伏值*的讯号可以被检测出来，那么信噪比就变
得非常重要。
信噪比的基本定义为：在有效输出范围内，真值信号强度与
噪声强度的比值。当真值信号被噪声所埋没后，后方将无法
有效地从前方输出 中提取信息。
*在常规的信号检测中，电压被做为可参考的主要依据，同
样对于影像感应器来说，每个像素输出的电压高低便作为后
方信号处理的实际 依据。
色彩灵敏度失衡
彩色影像感应器对不同波长的入射光有不同的灵敏度，
而这将会造成拍摄影像时的 的色彩失衡。当然，色彩失衡
可以用后续的数字化处理得到补偿，但这也有可能放大在经
过模/数转换后的噪声。现在的技术可以解决色 彩敏感度失
衡的问题，然后再将讯号送到模/数转换器进行数字量化，最
后再运用色差增益或放大技术进行处理。
暗电流是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，理想
的影像感应器其暗电流应该是零，但是，实际状况是每个像
素中的光电二极管 同时又充当了电容，当电容器慢慢地释
放电荷时，就算没有入射光，暗电流的电压也会与低亮度入
射光的输出电压相当。因此，在这些时 候我们还是能从显
示器上看到部分“影像”，大部分情况下这都是因为从暗电
流中所累积的电荷释放造成的。所以，暗电流是影响画质的
噪声之一，CCD与CMOS感应器的暗电流范围为0.075－2.0
纳安/平方厘米左右。实际上因为CCD与CMOS在图像采集
方面的本质区别，在暗电流的形成上差别还是比较大的。但
是由于双方在后台处理上的不同，暗电流的影响已经消除了
大半，因此在最终 得到的实际影像上的差别还不是非常明
显的。
像素的大小
影像感应器能否捕捉到低亮度的影像将取决于每个像
素的采光区域的大小，较大的 像素将使影像感应器捕捉到
更多的光子，如此便能提高像素的动态范围。但是，更大的
像素也就需要较多的硅芯片，这也在无形当中加高 了生产
成本，因此决定最佳化的影像感应器组件大小将由设定采光
区域的大小、低亮度的敏感性，以及所期望获得的实际影像
质量来共同 决定。如何了解更多监控摄像机的相关知识