CMOS和CCD未來智能視頻監控市場展望淺析

摘 要：CMOS（Charge Coupied Device）和CCD（Complementary Metal Oxide Semiconductor）是當前最主要的攝像頭感光芯片類型，在未來的發展過程中CMOS正通過改善自身的不足，逐漸走到了當前高端感光成像領域之中，而該領域一直是CCD感光芯片占據的地盤。其兩者都是將光信號通過感光二極管轉換成電信號，只是兩者性能和數字信號傳送方式的不同。所以隨著科學技術的進步，雖然CCD傳感器在感光低閥值、分辨率、以及噪聲控制等方面具有相當的優勢，但其低成本高、耗電量大、整合度低，這都不利于當前智能設備市場的應用。CCD多應用于高端成像市場，CMOS傳感器則多用于移動、便攜產品市場。所以我們通過對靜態參數對比分析和市場技術應用兩方面的分析，得出結論CMOS將是未來的主流。

關鍵詞：CMOS CCD 智能監控 視頻

中圖分類號：TN609 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）04（b）-0234-01

1 概述

CCD與CMOS都是當前被普遍采用的光感元器件。作為影像感測組件的核心，基本上兩者都是利用感光二極管進行光與電的轉換，將影像轉換為數字信息，而其主要差異則在數字信號傳送方式的不同[1]。

2 靜態參數對比分析

通過對比國內多數商用產品的分析，其具體區別有：

2.1 靈敏度差異

由于CMOS傳感器每個像素由四個晶體管與一個感光二極管所構成（含放大器與A/D轉換電路），使得每個像素的感光區域遠小于像素本身的表面積，因此在像素尺寸（pixel size）相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度會低于CCD傳感器[2]。

2.2 成本差異

在影響某一芯片能否在市場推廣的因素里，成本是最關鍵的因素之一，在品質參數相差不大的情況下，CMOS傳感器具有極強的競爭力。因為它采用普通半導體電路制程，在集成多種數字功能時具有天然的優勢，不需進行電路匹配就可以實現直接互聯，這又大大的降低了應用開發成本。CCD就不具備這一優勢，而且其電荷傳遞的工作方式限制了它的推廣。當傳遞過程中有一點小問題就會導致整條數據無法實現采集，這無疑會降低產品成品率，從另一方面說就是增加了制造成本，更何況其本身就價格不菲。

2.3 分辨率差異

在靈敏度和成本這些關鍵方面CCD不具有優勢，但是在分辨率或者成像效果方面它就優于CMOS傳感器。并且這一優勢一度將CMOS遠遠拋開，原因就是其像素的感光和處理機制復雜程度不同。但是差距能有多大呢，2012年11月以CMOS為感光芯片的智能手機已經把分辨率做到了1080P，而且還在提高，在大多數市場應用產品中CMOS已經完全占據了有利地位，只是一些需要專業效果非常高，夜視效果強的領域還在用CCD。

2.4 噪聲差異

在成像的噪聲控制方面，CCD傳感器要優于CMOS傳感器。這是由于其內部放大器的工作模式不同導致的，這方面CMOS可能需要進一步下下功夫，但是和分辨率一樣，差距在越來越小。

2.5 耗電量差異

在當前科技發展領域里，功耗的問題似乎和世界能源問題一樣成為芯片是否具有競爭力的關鍵因素，CMOS在這方面又勝CCD一點兒。由于前者的主動影像獲取方式不需要外加電壓實現數據采集，而后者卻要提供12～18 V的外加電壓才能實現圖像采集。這帶來兩方面的問題：第一必須有專門的電源芯片，設備和制造復雜；第二功耗相對增加了許多。在該領域主要廠商的產品中，同等的30fps視頻采集運作速度下，1/4寸CMOS芯片可達到6.6 uW的超低功耗，而CCD一般功耗都在40 mW左右，差距非常明顯，所以在功耗方面隨著芯片技術的進一步發展，CMOS具有無法超越的優勢。

在不同參數的對比下，可以看出CMOS芯片具有比較大的優勢，但是其像素數及成像效果方面還無法超越CCD芯片。

3 系統應用環境分析

比較了其靜態相關參數，只能說明一方面的問題，也就是其自身條件方面CMOS占優，但在具體的應用環節，必須考慮應用環境的問題。在消費電子領域和安防等特殊應用領域兩者的表現卻沒有那么大的差別，各有各的市場。

隨著技術進步，CMOS完全有能力和機會全面超越CCD芯片。而且在未來小型化、低功耗等必然趨勢的作用下，這一現狀將更快到來。智能手機領域的眾多廠商一度推出其2000萬～4000萬像素的CMOS鏡頭，各項指標完全符合高端需求和未來趨勢。

綜上所述，它們的價格相差可能是幾百，有時會上千，當預算與產品出現了較大的價格差時，選擇便宜的產品是比較好的選擇，但是，有個事實不容忽視，在效果和體積、功耗等一并需要省的情況下，錢決定不了多少選擇。比如：高端監控，應該是CCD的領域，但是事實上CMOS卻占了主要市場。所以以目前監控市場的發展趨勢看，COMS應用市場將會更快的超過CCD。

3.1 夜視效果

以目前大安防市場來看，CCD市場占比高于CMOS。前者的感光度要高于后者，特別是在周圍環境光線較暗的情況下，CCD優勢盡善盡美[3]。在滿月的夜晚，人眼可識別的光線照度約為1Lux，CCD大約能看到在0.1～3Lux照度以下的目標，是CMOS傳感器感光度的3到10倍。顯然，以低照度來看，CCD略勝一籌[4]。

總之，CMOS市場占比逐漸增多，鑒于目前的監控市場劃分，CCD正在CMOS低端和高端的夾縫中求生，但是CCD還不會很快被CMOS淘汰掉。若想取得市場的占有率，高價格問題必須解決[5]。

4 結語

當前智能手機等便攜智能設備的大量普及，必然引發cmos的全力進攻，ccd只能守住一些小額市場，像英特爾、微軟這樣的大企業也開始進入移動是市場，可見這已趨勢已經是不可避免。隨著安防市場行業化趨勢進一步加深，高清監控應用的需求也越來越多。因此，在權衡價格和圖像效果上，CMOS成為未來最主要的通用芯片。

參考文獻

[1]廖一峰.CMOS sensor圖像處理芯片在手機開發平臺上的應用[J].韶關學院學報，2007（3）：64-66.

[2]日本機器人學會.機器人技術手冊[M].宗光華，譯.北京：科學出版社，2007：160-161.

[3]Kanal，陳祖蔭.模式識別工作綜述：1968—1974（上）[J].機器人，1980（6）：30-31.

[4]Kanal，陳祖蔭.模式識別工作綜述：1968—1974（下）[J].機器人，1980（6）：15-16.

[5]石東新，傅新宇，張遠.CMOS和CCD性能與高清及應用比較[J].通訊技術，2010，43（12）：174-179.