解惑：ＣＭＯＳ與ＣＣＤ區別何在？

人們經常在成像市場上，聽到CMOS與CCD的技術詞匯，但很多人并不明白它們究竟為何物?不知如何區分，給產品選購帶來了困惑。

的確，這兩大類主要的感光元件，已經形成了兩大差異化應用陣營，各有優勢。因此大家也有必要了解一下這兩種技術本質上的差別!

原理相同，結構有異

CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器。CCD(電荷耦合器件)是前輩，自1969年在貝爾試驗室研制成功以來，它經歷多年發展，從初期的10多萬像素發展至今，已經非常成熟，應用于多個領域。而CMOS(互補金屬氧化物半導體)則是后來者，它誕生于1998年，這類新型的圖像傳感技術被認為是代表未來的技術方向。

它們兩者都是利用感光二極管(photodiode)進行光電轉換，將圖像轉換為數字數據，而其主要差異是數字數據傳送的方式不同，原理與“太陽能電池”效應相近，光線越強、電力越強；反之，電力也越弱。

只是CCD和CMOS的實現結構(ADC的位置和數量)有所差異。簡單地說，CCD每曝光一次，在快門關閉后進行像素轉移處理，將每一行中每一個像素(pixel)的電荷信號依序傳人“緩沖器”中，由底端的線路引導輸出至CCD旁的放大器進行放大，再串聯ADC輸出。相對的，CMOS的設計中每個像素旁就直接連著ADC(放大兼類比數字信號轉換器)，信號直接放大并轉換成數字信號。

競爭引發進步，CCD和CMOS傳感器技術都在各自的劣勢中試圖補齊短板。新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。二者在品質上的差距在不斷縮小，比如，OmniVision于2004年就推出了0V5610 CMOS 5百萬像素圖像傳感器，它的重要意義就在于它成為第一個能夠輸出CCD影像品質的CMOS圖像傳感器。從此，CMOS在成像品質上的追求就顯得更為游刃有余了。

CMOS將走向何方

既然說CMOS代表了新一代的成像方式，那么咱就看看它又會有什么樣的發展。

CCD和CMOS在制造上的主要區別是：CCD是集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上，工作原理沒有本質區別，但二者的制造成本卻大相徑庭。簡單說來，CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timinggenerator或DSP等)集成到傳感器芯片中；而CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個像素不能運行，就會導致一整排數據不能傳送。顯然，CCD傳感器的成品率要比CMOS傳感器低得多。

而另一方面，CMOS還繼續在成像的通透性、對實物的色彩還原能力等方面迎頭趕上。以CMOS陣營的重要廠商佳能為例，其高速掃描儀產品大都采用CMOS器件。作為掌握高端CMOS傳感器技術的主要廠商之一，佳能為進一步增強CMOS掃描質量，特地研發了感光度增強技術，進而通過使用大尺寸傳感器提高開口率，這正是提高CMOS感光能力的最直接辦法。即便是在噪音控制方面，CMOS也取得了技術突破。針對固定噪聲問題，佳能研發了“第二代片內降噪技術”，該技術其實是一套專門的噪聲檢測算法，直接整合于CMOS圖像傳感器的控制邏輯中。通過這項技術，固定噪聲就可以成功剔除了。

顯然，隨著如45nm等新工藝、新封裝技術的不斷升級，CMOS的發展空間將越來越大。

高速優勢，綻放高掃領域

鑒于目前CMOS傳感器在成像速度方面的優勢，因此它在高速掃描儀領域率先取得了顯著的優勢。正如我們知道的，傳統市場上掃描儀所使用的感光器件主要有CCD、CMOS和CIS。而CIS一般用于多功能一體機上的掃描器件，其成像品質相對較差。在高速掃描儀市場，CMOS和CCD則唱主角。

而從發展趨勢上看，單就高速掃描儀來說，無疑采用CMOS傳感器是更為合適的選擇。要實現高速掃描，首選就要在核心感光器件上就做好準備。相比之下，CMOS在高速識別方面更具優勢。由于所用發光材料的不同，CMOS更容易做到無預熱過程的零秒啟動，同時它的實際掃描速度也具備優勢；而在金融、醫療、教育、檔案管理等靜音需求較高的行業里，CMOS高速低噪的工作特點將更符合用戶的實際需要。

而為了實現高精度的專業掃描，佳能還在制造更符合行業應用的CMOS，比如其獨創的3-線CMOS維色彩校正。相比傳統1-線傳感器一次只能交替捕獲紅、綠、藍顏色，3-線CMOS能同時捕獲所有顏色，不僅保證了彩色文件和黑白文件的掃描速度一樣快，更確保掃描圖像忠實原稿，這些都為采用CMOS的高速掃描儀發展提供了樣板。

總體說來，雖然目前CMOS和CCD在很多成像領域還各有長短，但隨著技術的不斷發展和成熟，CMOS以其高集成度和低耗電等特性漸領風騷也是我們可以預見的。