CCD传感器有什么好处?但为什么后来又被CMOS普遍取代了呢?

我色我摄


我们常说的“底”,或者成像器件,或者感光元件都是同一个概念——传感器。对于数码相机来说,传感器就是其核心,是相机感受光线并把光线转化为电子信号的部件。数码相机就是将外部影像用这些电子信号来表示和存储。自从进入数码时代,传感器技术发展出2个类型——CCD传感器和CMOS传感器。二者之间有什么联系和区别呢?

第一,出现时间区别

CCD早于CMOS出现。CCD传感器最早出现在1990s时期,而CMOS传感器则是2000年前后才出现,并在之后逐步在民用消费级产品领域取代CCD成为主流。

世界上第一台数码相机,CCD,8万像素

第二,画质差别

CCD的画质优于CMOS。这源于二者工艺的不同。简单来说,CCD每行像素共用一个“放大器”来进行信号处理,而CMOS则是每个像素单独配备一个放大器,因此同面积下CCD的感光区域要远大于CMOS(毕竟CMOS上要留出更多空间给那些复杂电路)。因此,CCD的画质的会确比CMOS好。在不太需要高感的高端商业拍摄领域,顶级中画幅相机(飞思、哈苏、徕卡等)至今仍使用着CCD,以保证得到最高的画质,满足商业广告大片的需要。

CCD和CMOS工艺差别

第三,高感画质差别

CCD的传感器普遍发热量大,尤其是高感光度下更是发热严重,这就导致CCD传感器的热噪点很高,画质下降。而CMOS的功耗则低得多,发热量也就低得多,因此在高感画质上CMOS的画质反而有优势。

第四,处理速度差别

处理速度也是CCD的一个先天弱点,毕竟一个放大器要处理一整行的像素,运算量大得多,速度就慢得多。每个像素就配有一个放大器的CMOS处理速度则快得多了,因此在体育摄影,拥有高速摄影性能的CMOS占据了压倒性优势。

体育摄影决定了厂商的使用取向

第五,品控差别

CCD上只要一个像素出问题,一整行像素就都报销了,导致出来的照片基本上也都不能用了。而CMOS上一个像素坏了,可以用算法屏蔽,基本不影响照片质量。

第六,成本差别

CCD良品率很低,因此成本就很高。尤其是全画幅的CCD,那只能是存在于实验室或博物馆的天工之作,难以量产普及。而CMOS的技术成熟后,其成本大大低于CCD,让数码相机乃至全画幅数码相机真正地走进了普通老百姓的生活。

综上,CCD是早期传感技术的产物, 其工艺复杂成本高昂,在数码相机还只能作为专业器材的年代确实是传感器的主要方案。而近20年来,CMOS技术进步成熟,其成本不断降低使数码相机售价真正进入了民用消费级的区间,因此很快就取代了CCD成为了绝对主流。在消费级数码相机这个层面上,2010年后几乎就再没有CCD传感器了。CCD传感器只保留在了专业级的中画幅高端器材中。这就是CCD和CMOS的联系与区别。


孤独棱镜


CCD传感器与CMOS传感器都是用来将“光信号”转换成“电信号”的元件。其实在“光电效应”的材料上、原理上,CCD与CMOS并没有太大的区别。它们真正的区别在于“信号处理”的流程结构上。

CCD是1969年美国贝尔实验室(Bell Labs)发明的,1974年美国就已经推出了100*100像素的CCD传感器产品。从产品角度上讲,CCD的结构相对比较简单,CCD的每一行(列)的像素共用一个读取电路,一个放大电路,再由外置的ADC做模拟信号与数字信号转换。

而CMOS呢?它与CCD最大的不同就是它每一个像素都有一个读取电路,一个放大电路。(不与其他像素共用)新一代的CMOS甚至把ADC部分都集成到CMOS内部,每一行(列)使用一个独立的ADC。

那么CMOS这么设计的优势是什么呢?

因为相机的像素很高,传感器上每一个像素接收光线产生的电信号很微弱,CCD的电信号读出之后要经过一段距离的传输,很容易引入干扰。所以CCD的高感性能很差。而CMOS直接把放大电路设置在像素内部,信号生成之后,直接放大输出,干扰就小很多。这就是CMOS为什么高感性能好的原因。

但在CMOS产品的早期,由于工艺限制,像素的读取、放大电路需要占用很大的像素面积,从而影响了像素的感光区域占比(开口率低),所以在不需要放电电路(低感)的情况下,CMOS的画质不如CCD好。

例如下图是尼康D4的CMOS,我们可以看到电路区域占据了不小的面积。

那为什么CMOS最终会全面战胜CCD传感器呢?

1、高感优势对于职业摄影领域而言,是决定性的优势。

2、生产工艺的不断进步,使CMOS的电路尺寸不断缩小,电路对感光的影响越来越小。(还有微棱镜的发明,也大大消弱了电路对感光的负面影响)

3、CMOS发展出了背照式、堆栈式等新型结构,彻底的解决了开口率的问题,并具有高速读取的优势。


另外,还需要说明一点:

CCD的低感画质好,也是相对同规格,同时代的产品而言。例如很多人推崇的尼康D200这类CCD老机器,它虽然开口率高,但它是半画幅相机,像素的面积非常小,所以就算它像素开口率高,但单个像素的面积只有佳能5D的1/2不到,比划单像素的信噪比依然不敌5D。

所以也不要盲目迷信所谓的“CCD画质”。

我的第一台单反就是尼康的D70(CCD老机),说句实在话,我对它的画质就没啥好感。


从耗子胖成猪


你好,CMOS之所以取代CCD,最根本的原因还是因为,后来,CMOS的制造简单,成本更低。关于这两种东西,我具体谈谈我的看法:


影像传感器啊,现代影像文明的基石

一、CMOS的发明和诞生,严格来说,比CCD要古老吧?

我是说CMOS本身。

二、CCD影像传感器,真的绝迹了吗?

我大概搜索了一下,貌似还是有很多产品在使用CCD影像传感器。

扫描仪。

红外线相机。

显微镜相机。

天文相机。

以上是舜宇光学的CCD显微镜

科学研究领域,CCD相机也没有被淘汰

是不是很厉害啊

太厉害了!佩服啊!

看看这参数,不明觉厉了吧?

好牛哦!

以上的显微镜 照相机的CCD版本

CCD相机的一些优势

价格不便宜啊

好强大

够厉害哦

最近几年的索尼影像传感器的规格

最近几年的索尼影像传感器的测试结果

最近几年的索尼影像传感器的色彩感知测试结果

最近几年的索尼影像传感器的动态范围测试结果

大概用bing搜索研究了两个小时,国内国外的,中文英文的,都看了几百个网页。

应该说,在民用数码相机领域,CMOS已经全面取代了CCD影像传感器。

但是,在科学研究领域,在一些小众领域,CCD影像传感器还依然顽强的生存着。

所谓存在就都是有道理的吧。

最后,我们普通老百姓可以接触到的CCD影像传感器的设备,就是针对摄影的扫描仪了

最后,我们普通老百姓可以接触到的CCD影像传感器的设备,就是针对摄影的扫描仪了


光线摄影学院


很高兴为您解答!

我是做智能化弱电的,模拟摄像头主要以CCD为主,到了网络高清时代,大部门的摄像头传感器都采用了cmos,下面我来做个简单的分享!

1、CCD和CMOS介绍

CCD是电荷耦合器件的缩写,是一种特殊的半导体器件,上面有大量的感光元件,每个感光元件就是一个像素,cmos也是一种感光元器件,早期模拟监控时代,cmos主要应用于低端监控市场,但随着cmos技术的不断完善,在网络高清时代,cmos占领了市场主导地位。

2、优势比较

网络高清时代后,coms相比于ccd主要有以下优势:

①低照度好

早期cmos的低照度和噪点控制都是有很大的劣势,随着网络高清摄像头的普及,cmos的技术不断的更新换代,现在低照度效果超过了CCD。

②宽动态效果好

在明暗对比强烈的环境中,现在cmos图像处理效果比ccd图像处理效果更具有优势。

③成本控制

相对于CCD来说,cmos的成本更低,更加适合于大规模生产。

④功耗低

CCD需要较高的电压驱动信号电荷移动,而cmos光电传输仅需要一个电源,降低了机器散热结构的要求。

综上所述,在模拟监控早期,CCD大规模应用高端监控中,cmos只占有一小部分份额,随着cmos的技术不断的升级换代,到网络监控摄像头时代,cmos的技术逐步完善,成本也低,逐步占领网络摄像头传感器的市场份额。


如果你觉得我的回答对你有帮助,请随手点赞,并关注,我会一直做智能化弱电行业的知识分享!


智能化弱电圈


顾名思义,无论CCD感光传感器还是CMOS感光传感器都是一种光电转换器件。简单地说,就是把光信号转换成电信号的机器。

CCD感光传感器,一直都是土豪级别的存在,曾经是相机厂家的最爱,相机人士的膜拜,究期为什么,无非是其相对于CMOS传感器,相同面积灵敏度更高,分别率更强,噪声控制更好,图像还原度更柔润,宽容度更强,所以早其得到大家的喜爱和推广。

早其的CCD,为什么有这么多优势呢?因为CCD感光传感器,采用的是每行像素采集的光电模拟信号统一放大,不是每个像素单独放大,这样减少了放大电路占用的感光面积,使光线接收灵敏度更高,而且每行像素光信号转换的电核信号,要靠外加12v左右的直流电压驱动运行到模拟数字转换电路进行A-D转换,信号损失小,宽容度宽,噪声抑制好,而且每行像素用同一个放大器放大,信号一致性好,所以早其CCD感光传感器被广泛采用。

随着技术的发展,高感光材料的运用更成熟,集成电路更加细小化。CMOS每个像素的放大电路占据的面积越来越少,甚至可以背面化,每个像素感光面积变大,感光灵敏度变强,变得相同面积的像素不必CCD少。而且每个像素感应到的电信号不用直流12v电压驱动直接被独立放大,整体感应器更省电,甚至不发热,性能也更稳定,更微小化的集成电路让CMOS体积更小,成本大大降低,甚至成本不到CCD的二分之一,所以如今的CMOS才得到厂家大规模的推崇。





人生科技大讲堂


缺点太大,


大海lzd


价格,成本是王道。cmos工艺成熟,便宜,发展很快。ccd工艺昂贵,投资大,发展慢。


云桦69629372


CDD是集成在单晶半导体材料上,对于色彩敏锐度、通透以及还原度比较高,但是其本身的工艺复杂,成本高一般用于高质量产品中

cmos由于后期改进虽然仍不及CDD产品,但是已经很接近了,适用于要求不是特别高的用户所以应用比较广泛。


樱空释cyb


个人认为,更像是标准的失败,CMoS阵营更强大,事实上造成了劣币驱逐良币的市场存在。

有同道解释为,类似于等离子败给液晶,基本上类似吧。


全利88


很简单,ccd价格贵无法做小,cmos价格低可以做小。手机这种就适用。但ccd在工业、行业专业领域用得多,cmos消费领域用得多。


分享到:


相關文章: