CCD傳感器有什麼好處?但為什麼後來又被CMOS普遍取代了呢?

我色我攝


我們常說的“底”,或者成像器件,或者感光元件都是同一個概念——傳感器。對於數碼相機來說,傳感器就是其核心,是相機感受光線並把光線轉化為電子信號的部件。數碼相機就是將外部影像用這些電子信號來表示和存儲。自從進入數碼時代,傳感器技術發展出2個類型——CCD傳感器和CMOS傳感器。二者之間有什麼聯繫和區別呢?

第一,出現時間區別

CCD早於CMOS出現。CCD傳感器最早出現在1990s時期,而CMOS傳感器則是2000年前後才出現,並在之後逐步在民用消費級產品領域取代CCD成為主流。

世界上第一臺數碼相機,CCD,8萬像素

第二,畫質差別

CCD的畫質優於CMOS。這源於二者工藝的不同。簡單來說,CCD每行像素共用一個“放大器”來進行信號處理,而CMOS則是每個像素單獨配備一個放大器,因此同面積下CCD的感光區域要遠大於CMOS(畢竟CMOS上要留出更多空間給那些複雜電路)。因此,CCD的畫質的會確比CMOS好。在不太需要高感的高端商業拍攝領域,頂級中畫幅相機(飛思、哈蘇、徠卡等)至今仍使用著CCD,以保證得到最高的畫質,滿足商業廣告大片的需要。

CCD和CMOS工藝差別

第三,高感畫質差別

CCD的傳感器普遍發熱量大,尤其是高感光度下更是發熱嚴重,這就導致CCD傳感器的熱噪點很高,畫質下降。而CMOS的功耗則低得多,發熱量也就低得多,因此在高感畫質上CMOS的畫質反而有優勢。

第四,處理速度差別

處理速度也是CCD的一個先天弱點,畢竟一個放大器要處理一整行的像素,運算量大得多,速度就慢得多。每個像素就配有一個放大器的CMOS處理速度則快得多了,因此在體育攝影,擁有高速攝影性能的CMOS佔據了壓倒性優勢。

體育攝影決定了廠商的使用取向

第五,品控差別

CCD上只要一個像素出問題,一整行像素就都報銷了,導致出來的照片基本上也都不能用了。而CMOS上一個像素壞了,可以用算法屏蔽,基本不影響照片質量。

第六,成本差別

CCD良品率很低,因此成本就很高。尤其是全畫幅的CCD,那隻能是存在於實驗室或博物館的天工之作,難以量產普及。而CMOS的技術成熟後,其成本大大低於CCD,讓數碼相機乃至全畫幅數碼相機真正地走進了普通老百姓的生活。

綜上,CCD是早期傳感技術的產物, 其工藝複雜成本高昂,在數碼相機還只能作為專業器材的年代確實是傳感器的主要方案。而近20年來,CMOS技術進步成熟,其成本不斷降低使數碼相機售價真正進入了民用消費級的區間,因此很快就取代了CCD成為了絕對主流。在消費級數碼相機這個層面上,2010年後幾乎就再沒有CCD傳感器了。CCD傳感器只保留在了專業級的中畫幅高端器材中。這就是CCD和CMOS的聯繫與區別。


孤獨稜鏡


CCD傳感器與CMOS傳感器都是用來將“光信號”轉換成“電信號”的元件。其實在“光電效應”的材料上、原理上,CCD與CMOS並沒有太大的區別。它們真正的區別在於“信號處理”的流程結構上。

CCD是1969年美國貝爾實驗室(Bell Labs)發明的,1974年美國就已經推出了100*100像素的CCD傳感器產品。從產品角度上講,CCD的結構相對比較簡單,CCD的每一行(列)的像素共用一個讀取電路,一個放大電路,再由外置的ADC做模擬信號與數字信號轉換。

而CMOS呢?它與CCD最大的不同就是它每一個像素都有一個讀取電路,一個放大電路。(不與其他像素共用)新一代的CMOS甚至把ADC部分都集成到CMOS內部,每一行(列)使用一個獨立的ADC。

那麼CMOS這麼設計的優勢是什麼呢?

因為相機的像素很高,傳感器上每一個像素接收光線產生的電信號很微弱,CCD的電信號讀出之後要經過一段距離的傳輸,很容易引入干擾。所以CCD的高感性能很差。而CMOS直接把放大電路設置在像素內部,信號生成之後,直接放大輸出,干擾就小很多。這就是CMOS為什麼高感性能好的原因。

但在CMOS產品的早期,由於工藝限制,像素的讀取、放大電路需要佔用很大的像素面積,從而影響了像素的感光區域佔比(開口率低),所以在不需要放電電路(低感)的情況下,CMOS的畫質不如CCD好。

例如下圖是尼康D4的CMOS,我們可以看到電路區域佔據了不小的面積。

那為什麼CMOS最終會全面戰勝CCD傳感器呢?

1、高感優勢對於職業攝影領域而言,是決定性的優勢。

2、生產工藝的不斷進步,使CMOS的電路尺寸不斷縮小,電路對感光的影響越來越小。(還有微稜鏡的發明,也大大消弱了電路對感光的負面影響)

3、CMOS發展出了背照式、堆棧式等新型結構,徹底的解決了開口率的問題,並具有高速讀取的優勢。


另外,還需要說明一點:

CCD的低感畫質好,也是相對同規格,同時代的產品而言。例如很多人推崇的尼康D200這類CCD老機器,它雖然開口率高,但它是半畫幅相機,像素的面積非常小,所以就算它像素開口率高,但單個像素的面積只有佳能5D的1/2不到,比劃單像素的信噪比依然不敵5D。

所以也不要盲目迷信所謂的“CCD畫質”。

我的第一臺單反就是尼康的D70(CCD老機),說句實在話,我對它的畫質就沒啥好感。


從耗子胖成豬


你好,CMOS之所以取代CCD,最根本的原因還是因為,後來,CMOS的製造簡單,成本更低。關於這兩種東西,我具體談談我的看法:


影像傳感器啊,現代影像文明的基石

一、CMOS的發明和誕生,嚴格來說,比CCD要古老吧?

我是說CMOS本身。

二、CCD影像傳感器,真的絕跡了嗎?

我大概搜索了一下,貌似還是有很多產品在使用CCD影像傳感器。

掃描儀。

紅外線相機。

顯微鏡相機。

天文相機。

以上是舜宇光學的CCD顯微鏡

科學研究領域,CCD相機也沒有被淘汰

是不是很厲害啊

太厲害了!佩服啊!

看看這參數,不明覺厲了吧?

好牛哦!

以上的顯微鏡 照相機的CCD版本

CCD相機的一些優勢

價格不便宜啊

好強大

夠厲害哦

最近幾年的索尼影像傳感器的規格

最近幾年的索尼影像傳感器的測試結果

最近幾年的索尼影像傳感器的色彩感知測試結果

最近幾年的索尼影像傳感器的動態範圍測試結果

大概用bing搜索研究了兩個小時,國內國外的,中文英文的,都看了幾百個網頁。

應該說,在民用數碼相機領域,CMOS已經全面取代了CCD影像傳感器。

但是,在科學研究領域,在一些小眾領域,CCD影像傳感器還依然頑強的生存著。

所謂存在就都是有道理的吧。

最後,我們普通老百姓可以接觸到的CCD影像傳感器的設備,就是針對攝影的掃描儀了

最後,我們普通老百姓可以接觸到的CCD影像傳感器的設備,就是針對攝影的掃描儀了


光線攝影學院


很高興為您解答!

我是做智能化弱電的,模擬攝像頭主要以CCD為主,到了網絡高清時代,大部門的攝像頭傳感器都採用了cmos,下面我來做個簡單的分享!

1、CCD和CMOS介紹

CCD是電荷耦合器件的縮寫,是一種特殊的半導體器件,上面有大量的感光元件,每個感光元件就是一個像素,cmos也是一種感光元器件,早期模擬監控時代,cmos主要應用於低端監控市場,但隨著cmos技術的不斷完善,在網絡高清時代,cmos佔領了市場主導地位。

2、優勢比較

網絡高清時代後,coms相比於ccd主要有以下優勢:

①低照度好

早期cmos的低照度和噪點控制都是有很大的劣勢,隨著網絡高清攝像頭的普及,cmos的技術不斷的更新換代,現在低照度效果超過了CCD。

②寬動態效果好

在明暗對比強烈的環境中,現在cmos圖像處理效果比ccd圖像處理效果更具有優勢。

③成本控制

相對於CCD來說,cmos的成本更低,更加適合於大規模生產。

④功耗低

CCD需要較高的電壓驅動信號電荷移動,而cmos光電傳輸僅需要一個電源,降低了機器散熱結構的要求。

綜上所述,在模擬監控早期,CCD大規模應用高端監控中,cmos只佔有一小部分份額,隨著cmos的技術不斷的升級換代,到網絡監控攝像頭時代,cmos的技術逐步完善,成本也低,逐步佔領網絡攝像頭傳感器的市場份額。


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智能化弱電圈


顧名思義,無論CCD感光傳感器還是CMOS感光傳感器都是一種光電轉換器件。簡單地說,就是把光信號轉換成電信號的機器。

CCD感光傳感器,一直都是土豪級別的存在,曾經是相機廠家的最愛,相機人士的膜拜,究期為什麼,無非是其相對於CMOS傳感器,相同面積靈敏度更高,分別率更強,噪聲控制更好,圖像還原度更柔潤,寬容度更強,所以早其得到大家的喜愛和推廣。

早其的CCD,為什麼有這麼多優勢呢?因為CCD感光傳感器,採用的是每行像素採集的光電模擬信號統一放大,不是每個像素單獨放大,這樣減少了放大電路佔用的感光面積,使光線接收靈敏度更高,而且每行像素光信號轉換的電核信號,要靠外加12v左右的直流電壓驅動運行到模擬數字轉換電路進行A-D轉換,信號損失小,寬容度寬,噪聲抑制好,而且每行像素用同一個放大器放大,信號一致性好,所以早其CCD感光傳感器被廣泛採用。

隨著技術的發展,高感光材料的運用更成熟,集成電路更加細小化。CMOS每個像素的放大電路佔據的面積越來越少,甚至可以背面化,每個像素感光面積變大,感光靈敏度變強,變得相同面積的像素不必CCD少。而且每個像素感應到的電信號不用直流12v電壓驅動直接被獨立放大,整體感應器更省電,甚至不發熱,性能也更穩定,更微小化的集成電路讓CMOS體積更小,成本大大降低,甚至成本不到CCD的二分之一,所以如今的CMOS才得到廠家大規模的推崇。





人生科技大講堂


缺點太大,


大海lzd


價格,成本是王道。cmos工藝成熟,便宜,發展很快。ccd工藝昂貴,投資大,發展慢。


雲樺69629372


CDD是集成在單晶半導體材料上,對於色彩敏銳度、通透以及還原度比較高,但是其本身的工藝複雜,成本高一般用於高質量產品中

cmos由於後期改進雖然仍不及CDD產品,但是已經很接近了,適用於要求不是特別高的用戶所以應用比較廣泛。


櫻空釋cyb


個人認為,更像是標準的失敗,CMoS陣營更強大,事實上造成了劣幣驅逐良幣的市場存在。

有同道解釋為,類似於等離子敗給液晶,基本上類似吧。


全利88


很簡單,ccd價格貴無法做小,cmos價格低可以做小。手機這種就適用。但ccd在工業、行業專業領域用得多,cmos消費領域用得多。


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