CCD成像原理

當相機拍圖時，物體反射的光線通過相機的鏡頭透射到CCD芯片上。在接受光照之後，光電二極管受到光線的激發産生對應的電荷量，産生電流，電流大小與光強對應，此時感光元件輸出的是模拟電信号。

CCD将一次成像産生的全部電信号收集起來，統一輸出到放大器，經過放大和濾波後的電信号被送到A/D，由A/D将電信号轉換為數字信号，數值的大小和電信号的強度（電壓的高低）成正比，這些數值其實就是圖像的數據。

不過單依靠前面得到的圖像數據還不能直接生成圖像，因為信号隻通過一個放大器進行放大，所以産生的噪點較少。但由于CCD本身無法将模拟信号直接轉換為數字信号，因此還需要一個專門的模數轉換芯片進行處理，最終以二進制數字圖像矩陣的形式輸出給數字信号處理器，通過DSP将圖像數據被進行色彩校正、白平衡處理等後期處理，編碼為相機所支持的圖像格式、分辨率等數據格式，最後才會被存儲為圖像文件。

黑白相機成像原理：

我們可以把CCD芯片想象成一個頂部被打開的記憶芯片，光束可以射到記憶單元中。根據"光電效應"，這些光束在記憶單元中産生負電荷。曝光後，這些電荷被讀出，進而被相機處理單元進行預處理，輸出一幅數字圖像。

彩色成像原理：

CCD芯片将光子轉換為電子，在這一過程當中，光子數目與電子數目成正比例。但光子還有另外一個特征值，即波長（波長決定顔色），這條信息卻沒有在光電效應的過程中轉換為電子。因此，從這個意義上說，CCD芯片都可以被稱為色盲，所以彩色相機的成像稍微複雜些。

CMOS傳感器則不同，它在每個像素處即将電荷轉換為了電壓，因而産生了很多獨特的優缺點。CMOS感應器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光電效應、産生模拟電信号後，電信号首先被該感光元件中的放大器放大，然後直接轉換成對應的數字信号。

換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可産生最終的數字輸出，所得數字信号合并之後被直接送交DSP芯片處理。所以，就産生了新的問題，CMOS感光元件中的放大器屬于模拟器件，無法保證每個像點的放大率都保持嚴格的一緻性，導緻放大後的圖像數據無法代表拍攝物體的原貌。而體現在最終的輸出結果上，就是圖像中出現大量的噪聲，品質明顯低于CCD傳感器。

CCD和CMOS的差異

靈敏度差異

CMOS中每個像素都包含放大器和A/D轉換電路

CMOS中每個像素感光區域的面積遠小于像素表面積，在像素尺寸相同時，CMOS靈敏度更低。

噪聲差異

CMOS總每個感光二極管都需要配備一個放大器，放大器屬于模拟電路，很難保證每個放大器得到的結果一緻。

CCD隻在芯片邊緣有一個放大器。

CMOS噪聲多，圖像品質差。

分辨率差異

CMOS像素更加複雜，尺寸更大。

相同尺寸的CCD和CMOS傳感器，CCD分辨率更高。

成本差異

CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，隻有其中一個像素不能工作，整排的數據都不能傳送，成品率低。

CMOS采用CMOS工藝，可輕易的将外圍電路集成到傳感器芯片總，可節省外圍芯片的成本。

CMOS成本更低。

功耗差異

CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管産生的電荷直接放大輸出。

CCD傳感器的圖像采集方式為被動式，需外加12V的電壓讓每個像素産生的電荷定向移動。

CCD功耗更高。

造成差異的原因

CCD的特殊工藝可保證數據在傳送時不會産生失真，像素可先彙聚到邊緣在進行放大處理。

CMOS工藝使得數據在傳送距離較長時會産生噪聲，必須先放大再整合各像素産生的數據。

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