1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年，美国贝尔实验室发明了CCD。二十年后，人们利用这一技术制造了数码相机，将影像处理行业推进到一个全新领域。数码相机无需胶卷和冲洗、可重复拍摄和即时调整；影像可无限次复制且不会降低质量，方便永久保存，并可用于电子传送和处理。它的诞生给影像处理业带来了一场革命。

　　而后，有人发现，将计算机系统里的一种芯片进行加工也可以作为数码相机中的感光传
感器，即CMOS，其便于大规模生产和成本低廉的特性是商家们梦寐以求的。业内人士分析，它在不久的将来可能取代CCD。如今，两者依然共存，CCD仍是“主流”。

　　起这个标题的时候真是煞费苦心，很长一段时间内，业内的朋友都有意无意地给我灌输一种思想：“感光传感器，尤其是CCD，是数码相机最最核心的部件，是数码相机的心脏。”可是当我翻阅了相关资料并向这方面的有关专家请教之后，却发现：感光传感器，尤其是CCD，在数码相机中的功能是将透过镜头的光线捕获并转换为电子信号，与其说是数码相机的心脏，不如说是数码相机的眼睛。但无法否认，CCD或CMOS感光传感器是数码相机中十分重要的元部件，它们在很大程度上决定了数码相机的像素，而且CCD对于数码相机的成本更具绝对的影响力，尤其是越高端的领域这一特性表现越为突出。

　　柯达DX3900

　　柯达DX3900采用CCD传感器，具有310万像素影像解析度及6倍变焦功能(2倍光学，3倍数码）。它是首部与微软公司Windows XP操作系统兼容的产品，并且是支持EasyShare系统最高像素的数码相机。

　　从目前的市场情况来看，CCD占据高端市场，CMOS盘踞低端领地，两者还在中端区域角逐天下，那么这两种技术究竟有何差异呢？我们下面通过技术和结构两个方面的对比进行阐述。

　　技术对比

　　从技术的角度比较，CCD与CMOS有如下四个方面的不同：

　　信息读取方式

　　CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，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光电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。

　　速度

　　CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢；而CMOS光电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像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。

　　电源及耗电量

　　CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大；CMOS光电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。

　　成像质量

　　CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

　　结构对比　　

　　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CCD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。

　　成像原理

　　数码相机主要由光学镜头、感光传感器(CCD或CMOS)、模数转换器(A/D）、图像处理器（DSP）、图像存储器(Memory）、液晶显示器（LCD）、端口、电源和闪光灯组成。

　　数码相机是利用光电传感器（CCD或CMOS）的图像感应功能，将物体反射的光转换为数码信号，经压缩后储存于内建的存储器上。

　　感光传感器的功能是将光信号转换成电信号，其质量决定着数码相机的成像质量。感光传感器先将光能转变为电子信号，之后再转换为数码信息，光线越亮产生的电子信号越强。在结合了光线强度与颜色之后，再转成像素，数码相机可将每个像素设定为特定色彩。感光传感器是由很多小的光电传感器组合而成阵列，光电传感器阵列上光电传感元件的总数决定了成像总像素的多少，即决定了成像面积的大小。面积相同，像素越多，生成图像的分辨率就越高，清晰度越好。

　　外部的光线透过镜头，汇聚于镜头后的光电传感器（CCD/CMOS）上；光电传感器将光信号转换为与光强度成正比的模拟电信号，送往模数转换器；模数转换器将模拟电信号转换为二进制数字信号，送往图像处理器；图像处理器将数字图像信号进行处理、压缩后存储在存储器中。上述成像过程是在核心控制芯片的控制下完成的。

　　佳能EOS D30

　　佳能新型300万像素级单反数码相机EOS D30，配有大尺寸CMOS传感器。其首创CMOS芯片降噪技术、电荷转移技术，以及集成电路扩大增益技术，从而第一个将大尺寸CMOS传感器运用到数码相机中。

　　具体到CCD，当光线经镜头会聚到CCD上时，光敏器件因感受光强的不同而感应出不同数量的电荷，经存储器暂存后，由电荷转移电路、电荷信息读取电路按时钟脉冲顺序读出电荷信息，送往A/D转换器，经转换形成与光强度成比例的二进制数，此二进制数即对应一个像素的数据。而CMOS传感器，经过光电转换后产生的图像信息经由场效应管直接产生与光强度成正比的电压（或电流）信号，送往A/D转换器转换为数字信号。

　　产品应用

　　目前，CCD技术主要掌握在索尼、佳能、奥林巴斯等几大厂商手中。主流的数码相机均采用CCD作为光敏传感器件，像素数一般为三百万左右。其制造工艺复杂，功耗大，成本较高。柯达、富士、索尼、佳能、奥林巴斯、三洋等厂商的产品占据着数码相机的高端市场。由于技术的局限，数码相机目前还不可能达到传统的银盐相机一样的成像质量。此类产品的应用对象主要是新闻工作者，摄影专业人士及摄影爱好者，并可作为办公设备。

　　值得一提的是，富士胶片公司独自研发的“超级CCD”技术已经在富士公司全系列的数码相机中得到了应用。其与普通CCD的关键区别在于：普通CCD采用的是普通的矩形光电二极管，而超级CCD使用的是八角形光电二极管，且采用了像素的45°蜂窝式排列。八角形光电二极管因其更接近微透的圆形，可更有效地吸收光。目前，富士公司已推出第二代超级CCD。

　　未来，采用CCD传感器的数码相机将继续朝着提高像素数，增加拍摄功能，提高照片质量的方向发展，力争在各项指标上早日达到传统相机的标准。

　　采用CMOS传感器的数码相机一般低于35万像素，主要面向以家庭、个人用户为主的低端市场。其时尚化、多功能、价格低的优势受到了普通消费者的欢迎。国内的数码相机厂商对CMOS数码相机倾注了极高的热情，包括海鸥、先科、喜马拉雅等先后推出了相应产品。

　　CMOS可塑性较高，未来除了数码相机之外，将在传真机、扫描仪、数字摄像机、安全侦测系统等方面得到广泛应用。目前市场上CMOS产品不多，但在美国，包括Intel、TI在内的多家公司都在积极研发相关产品。今年7月，欧洲的独立半导体研究机构IMEC公布了两个有关CMOS的研发项目，其中探索CMOS技术极限的“Advanced Device Implementation Program”，其目标是确立国际半导体技术规划（ITRS）的最新版本，并提出面向60nm～30nm的技术。

　　据预测，2001年CMOS传感器全球的销售额将达36.78亿美元，2005年将突破100亿美元。



　　CCD机型


　　佳能PowerShot G2

　　佳能POWERSHOT G2采用400万像素CCD，将图像解析度提高到新水平。G2体现了佳能在单反相机与数码相机技术融合方面取得的突破性进展。



　　奥林巴斯C-4040Z

　　奥林巴斯CAMEDIA C-4040ZOOM采用1/1.8英寸CCD,总像素数为413万，有效像素数398万。其F1.8和光学3倍变焦镜头可充分发挥CCD的性能。



　　富士FinePix 50i

　　富士FinePix 50i采用1/1.7英寸240万像素的超级CCD，可使其产生430万像素的影像。富士独有的超级CCD提供了比传统CCD更好的影像质量。



　　三洋IDC-1000Z

　　三洋IDC-1000Z采用1/2英寸150万像素垂直混合CCD，可同时满足拍照和摄像的需要。垂直混合像素技术可以得到最佳摄像效果，色彩更加鲜艳。



　　索尼DSC-F707

　　Sony专业型Cyber-shot Memory Stick数码照相机DSC-F707，配备524万像素“超级HAD”CCD影像感应器，分辨率高达2,560×1,920影像解析度。


　　CMOS机型




　　先科AEC-010

　　先科公司推出的AEC-010数码相机配备了30万像素CMOS图像捕获器件，具有静态拍摄与电脑摄像头功能。



　　喜玛拉雅A1039

　　武汉喜玛拉雅公司推出的A1039数码相机配备了30万像素CMOS传感器，拥有自主知识产权的核心技术。



　　联想-海鸥DC-350

　　DC-350采用35万像素CMOS传感器。640×480的分辨率适合在电脑屏幕上欣赏所拍摄的生活照片及制作网页等。

　　名词解释

　　CCD

　　CCD，(Charge Coupled Device)，即“电荷耦合器件”，以百万像素为单位。数码相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一种感光半导体芯片，用于捕捉图形，广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。与胶卷的原理相似，光线穿过一个镜头，将图形信息投射到CCD上。但与胶卷不同的是，CCD既没有能力记录图形数据，也没有能力永久保存下来，甚至不具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器，一个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡)。CCD有各式各样的尺寸和形状，最大的有2×2平方英寸。

　　CMOS

　　CMOS,(Complementary Metal Oxide Semiconductor)，即“互补金属氧化物半导体”。它是计算机系统内一种重要的芯片，保存了系统引导所需的大量资料。CMOS传感器便于大规模生产，且速度快，成本较低，是数码相机关键器件的发展方向之一。