2024年9月17日发(作者：钞雅艳)
CMOS与CCD的较量
引言
早期，CCD是无可争议的霸主，绝大部分数码相机都采用CCD成像，
只有佳能在自己的高端单反相机型号上采用CMOS元件。不过近年来，CMOS
发展势头迅猛，几乎已经在家用单反相机中一统江湖，因此很多分析人士
认为，未来CMOS将取代CCD，成为数码相机的首选。进入2010年，CCD
和CMOS的竞争已经进入了白热化阶段，CMOS越来越多地被消费类数码相
机所采用。
1 目前数码相机的两种成像元件
1.1 CCD图像传感器
CCD(电荷耦合元件，Charge-coupled Device)是一种半导体器件，能
够把光学影像转化为数字信号。从结构上讲CCD分为三层，分别是“微型
镜头”、“分色滤色片”和“感光层”。为了提高CCD的采光率，就要增
加单一像素的受光面积，但是一味提高采光率很容易导致画质下降。而
“微型镜头”层相当于在感光层前面加上一副眼镜，使得感光面积不受传
感器的开口面积影响，而是通过微型镜片的表面积来控制感光面积。CCD
的第二层是“分色滤色片”，用于分离RGB色彩。CCD最为重要的是第三
层“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源信号转换成电子信
号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。
1.2 CMOS图像传感器
CMOS(互补性氧化金属半导体，Complementary
Metal-OxideSemiconductor)，与CCD类似，在数码相机CMOS中也是可以
第 1 页
记录光线变化的半导体。它主要是由硅和锗这两种元素做成的，在CMOS
上共存着带N(带正电)级和P(带负电)级的半导体，受光之后这两个互补
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
就是容易出现噪点，这主要是因为早期的设计结构使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。
2 CCD与CMOS的优缺点比较
CCD具有的优点很多，包括灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿
命长、抗震动等。但是由于制造工艺复杂，所以导致制造成本居高不下，
特别是大型CCD，价格非常高昂。CCD的优势在于弱光成像质量好。但是
它的表面更容易形成静电场，所以更容易吸附灰尘。所以，对于采用CCD
传感器的数码单反相机来说，防尘措施必不可少，甚至要定期进行清理。
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传感器的数码单反相机成像看上
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。目前大多数CMOS具备硬件降噪机制，因此噪点随着感光度的升
高增加较慢。同时，在高感光度下，CMOS传感器噪点控制表现反而好过
CCD传感器。佳能的全系列数码单反相机均采用CMOS传感器，CMOS数据
读取速度快，因此那些连拍速度较快的数码单反相机都采用CMOS传感器。
另外，CMOS较CCD最主要的优势就是非常省电，只有普通CCD的1／3左
右。CMOS的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会
出现过热现象。CMOS除了省电以外，也相对不容易吸附灰尘。
3 技术新进展
第 2 页
我们并不能笼统通过相机采用了CCD还是CMOS来判断数码相机感光
原件成像质量的好坏，还需要注意每个厂商为感光元件加入的特殊技术，
这些技术会对成像效果有很大影响。
3.1 CCD技术新进展
说到CCD技术就不得不提到富士及其Super CCD产品，目前最新的
Super CCD EXR技术已被应用于众多富士数码相机中。EXR技术可以达到
超高分辨率、超宽动态范围、高感光度和低噪点的效果。
Super CCD是由富士公司独家推出的，它并没有采用常规正方形二极
管，而是使用了一种八边形的二极管，像素以蜂窝状形式排列，并且单位
像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果能提高单像
素的受光面积，也就是感光的效率比较高，效率增加之后会使感光性、信
噪比和动态范围都有所提高。富士公司宣称，Super CCD可以实现相当于
ISO 800的高感度，信噪比比以往增加30％左右，色彩表现也大幅改善，
电量消耗减少了许多。而Super CCD EXR技术就是在原有的Super CCD技
术基础上，将斜向45度两个相邻的像素点设计成相同颜色，既减少了邻
近像素色彩之间的干扰，也给采用像素合并提高感光度提供了可能。
3.2 CMOS技术新进展
市场上采用CMOS的厂商有很多，如索尼研发的背照式CMOS--ExmorR
CMOS和适马Foveon x3。
3.2.1 背照式CMOS
Exmor R CMOS背面照明技术感光元件，改善了传统CMOS感光元件的
感光度。ExmorR CMOS采用了与传统CMOS的设计顺序正好相反，向没有布
第 3 页
线层的一面照射光线的背面照射技术。由于不受金属线路和晶体管的防
碍，开口率(光电转换部分在一个像素中所占的面积比例)可提高近100％。
与其以往1，75 m间隔的表面照射产品相比，背面照射产品在灵敏度(S／
N)上具有很大优势。在信噪比方面，背照式CMOS影像传感器实现了高画
质，在实现了低噪点的同时，提高了接近2倍的灵敏度，因此新开发的CMOS
影像传感器的信噪比提高了+８dB(灵敏度提高+6dB，噪音下降-2dB)。同
时，ExmorRCMOS传感器自身的噪点也很低，即使是在全黑环境下，该传感
器的抑噪水平也比传统表面照射型更好，其噪点比过去的产品要低2dB。
从技术角度上看，使用背照式CMOS可以在高感光度条件下很好地抑制噪
点。
3.2.2 Foveon X3
Foveon X3技术，它是全球第一款通过分层的方式捕捉全部色彩的图
像传感器阵列。一般采用CCD或者CMOS的数码相机是在1个像素上通过
在同一平面上并排排列的3个感光模块记录RGB3种颜色，而Foveonx3的
1个像素上包含3层感光元件，每层只记录RGB的1个颜色通道，这样在
相同像素面积下，Foveon x3的感光能力更强。传统的光电耦合器件只能
感应光线强度，不能感应色彩信息，需要通过滤色镜来感应色彩信息，我
们称之为Bayer滤镜。而Foveon x3在1个像素上通过不同的色彩感应层，
最表面一层感应蓝色、第二层感应绿色，第三层感应红色。它是根据硅对
不同波长光线的吸收效应来分辨色彩，从而来实现一个像素感应全部色彩
信息的目的。
3.3 Live Mos
第 4 页
在可更换镜头已经成为趋势的今天，松下和奥林巴斯的LiveMOS也有
着一定的影响了。Live MOS感光器件在画面质量方面可以媲美全画幅CCD，
功耗上则可媲美CMOS。简化的电路使得光电二极管到微透镜的距离缩短，
从而保证了优秀的灵敏度和大人射角的画面质量。在分辨率方面，Live Mos
具有优秀的低照度性能特性；采用了低躁声技术，降低颗粒性；简化了寄
存器和其他电路，使得FFT-CCD感光二极管的感光面积更大，提高了灵敏
度和提高响应速度；功耗大约是FFT-CCD的一半；简单电路结构提高了整
体的处理速度
结语
可见在成像元件方面，CMOS近年来的发展势头无疑超过CCD，2010年
将是CMOS进一步占领市场的一年。随着生产背照式CMOS的厂商阵营不断
扩大，产能不断增加，在消费类数码相机市场上，背照式CMOS传感器将
会逐渐占据优势。
希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：：
1、世事忙忙如水流，休将名利挂心头。粗茶淡饭随缘过，富贵荣华莫强
求。
2、“我欲”是贫穷的标志。事能常足，心常惬，人到无求品自高。
3、人生至恶是善谈人过；人生至愚恶闻己过。
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2024年9月17日发(作者：钞雅艳)
CMOS与CCD的较量
引言
早期，CCD是无可争议的霸主，绝大部分数码相机都采用CCD成像，
只有佳能在自己的高端单反相机型号上采用CMOS元件。不过近年来，CMOS
发展势头迅猛，几乎已经在家用单反相机中一统江湖，因此很多分析人士
认为，未来CMOS将取代CCD，成为数码相机的首选。进入2010年，CCD
和CMOS的竞争已经进入了白热化阶段，CMOS越来越多地被消费类数码相
机所采用。
1 目前数码相机的两种成像元件
1.1 CCD图像传感器
CCD(电荷耦合元件，Charge-coupled Device)是一种半导体器件，能
够把光学影像转化为数字信号。从结构上讲CCD分为三层，分别是“微型
镜头”、“分色滤色片”和“感光层”。为了提高CCD的采光率，就要增
加单一像素的受光面积，但是一味提高采光率很容易导致画质下降。而
“微型镜头”层相当于在感光层前面加上一副眼镜，使得感光面积不受传
感器的开口面积影响，而是通过微型镜片的表面积来控制感光面积。CCD
的第二层是“分色滤色片”，用于分离RGB色彩。CCD最为重要的是第三
层“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源信号转换成电子信
号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。
1.2 CMOS图像传感器
CMOS(互补性氧化金属半导体，Complementary
Metal-OxideSemiconductor)，与CCD类似，在数码相机CMOS中也是可以
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记录光线变化的半导体。它主要是由硅和锗这两种元素做成的，在CMOS
上共存着带N(带正电)级和P(带负电)级的半导体，受光之后这两个互补
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
就是容易出现噪点，这主要是因为早期的设计结构使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。
2 CCD与CMOS的优缺点比较
CCD具有的优点很多，包括灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿
命长、抗震动等。但是由于制造工艺复杂，所以导致制造成本居高不下，
特别是大型CCD，价格非常高昂。CCD的优势在于弱光成像质量好。但是
它的表面更容易形成静电场，所以更容易吸附灰尘。所以，对于采用CCD
传感器的数码单反相机来说，防尘措施必不可少，甚至要定期进行清理。
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传感器的数码单反相机成像看上
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。目前大多数CMOS具备硬件降噪机制，因此噪点随着感光度的升
高增加较慢。同时，在高感光度下，CMOS传感器噪点控制表现反而好过
CCD传感器。佳能的全系列数码单反相机均采用CMOS传感器，CMOS数据
读取速度快，因此那些连拍速度较快的数码单反相机都采用CMOS传感器。
另外，CMOS较CCD最主要的优势就是非常省电，只有普通CCD的1／3左
右。CMOS的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会
出现过热现象。CMOS除了省电以外，也相对不容易吸附灰尘。
3 技术新进展
第 2 页
我们并不能笼统通过相机采用了CCD还是CMOS来判断数码相机感光
原件成像质量的好坏，还需要注意每个厂商为感光元件加入的特殊技术，
这些技术会对成像效果有很大影响。
3.1 CCD技术新进展
说到CCD技术就不得不提到富士及其Super CCD产品，目前最新的
Super CCD EXR技术已被应用于众多富士数码相机中。EXR技术可以达到
超高分辨率、超宽动态范围、高感光度和低噪点的效果。
Super CCD是由富士公司独家推出的，它并没有采用常规正方形二极
管，而是使用了一种八边形的二极管，像素以蜂窝状形式排列，并且单位
像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果能提高单像
素的受光面积，也就是感光的效率比较高，效率增加之后会使感光性、信
噪比和动态范围都有所提高。富士公司宣称，Super CCD可以实现相当于
ISO 800的高感度，信噪比比以往增加30％左右，色彩表现也大幅改善，
电量消耗减少了许多。而Super CCD EXR技术就是在原有的Super CCD技
术基础上，将斜向45度两个相邻的像素点设计成相同颜色，既减少了邻
近像素色彩之间的干扰，也给采用像素合并提高感光度提供了可能。
3.2 CMOS技术新进展
市场上采用CMOS的厂商有很多，如索尼研发的背照式CMOS--ExmorR
CMOS和适马Foveon x3。
3.2.1 背照式CMOS
Exmor R CMOS背面照明技术感光元件，改善了传统CMOS感光元件的
感光度。ExmorR CMOS采用了与传统CMOS的设计顺序正好相反，向没有布
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线层的一面照射光线的背面照射技术。由于不受金属线路和晶体管的防
碍，开口率(光电转换部分在一个像素中所占的面积比例)可提高近100％。
与其以往1，75 m间隔的表面照射产品相比，背面照射产品在灵敏度(S／
N)上具有很大优势。在信噪比方面，背照式CMOS影像传感器实现了高画
质，在实现了低噪点的同时，提高了接近2倍的灵敏度，因此新开发的CMOS
影像传感器的信噪比提高了+８dB(灵敏度提高+6dB，噪音下降-2dB)。同
时，ExmorRCMOS传感器自身的噪点也很低，即使是在全黑环境下，该传感
器的抑噪水平也比传统表面照射型更好，其噪点比过去的产品要低2dB。
从技术角度上看，使用背照式CMOS可以在高感光度条件下很好地抑制噪
点。
3.2.2 Foveon X3
Foveon X3技术，它是全球第一款通过分层的方式捕捉全部色彩的图
像传感器阵列。一般采用CCD或者CMOS的数码相机是在1个像素上通过
在同一平面上并排排列的3个感光模块记录RGB3种颜色，而Foveonx3的
1个像素上包含3层感光元件，每层只记录RGB的1个颜色通道，这样在
相同像素面积下，Foveon x3的感光能力更强。传统的光电耦合器件只能
感应光线强度，不能感应色彩信息，需要通过滤色镜来感应色彩信息，我
们称之为Bayer滤镜。而Foveon x3在1个像素上通过不同的色彩感应层，
最表面一层感应蓝色、第二层感应绿色，第三层感应红色。它是根据硅对
不同波长光线的吸收效应来分辨色彩，从而来实现一个像素感应全部色彩
信息的目的。
3.3 Live Mos
第 4 页
在可更换镜头已经成为趋势的今天，松下和奥林巴斯的LiveMOS也有
着一定的影响了。Live MOS感光器件在画面质量方面可以媲美全画幅CCD，
功耗上则可媲美CMOS。简化的电路使得光电二极管到微透镜的距离缩短，
从而保证了优秀的灵敏度和大人射角的画面质量。在分辨率方面，Live Mos
具有优秀的低照度性能特性；采用了低躁声技术，降低颗粒性；简化了寄
存器和其他电路，使得FFT-CCD感光二极管的感光面积更大，提高了灵敏
度和提高响应速度；功耗大约是FFT-CCD的一半；简单电路结构提高了整
体的处理速度
结语
可见在成像元件方面，CMOS近年来的发展势头无疑超过CCD，2010年
将是CMOS进一步占领市场的一年。随着生产背照式CMOS的厂商阵营不断
扩大，产能不断增加，在消费类数码相机市场上，背照式CMOS传感器将
会逐渐占据优势。
希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条：：
1、世事忙忙如水流，休将名利挂心头。粗茶淡饭随缘过，富贵荣华莫强
求。
2、“我欲”是贫穷的标志。事能常足，心常惬，人到无求品自高。
3、人生至恶是善谈人过；人生至愚恶闻己过。
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