CCD與CMOS之爭(zhēng)浮出水面

    近年來(lái)，手機(jī)的拍攝功能從可有可無(wú)逐漸變得必不可缺。尤其是隨著各類(lèi)社交網(wǎng)站和微博的興起，用手機(jī)“隨手拍”發(fā)微薄，或是來(lái)個(gè)LOMO風(fēng)街拍已經(jīng)成為一種時(shí)尚。隨著大屏智能手機(jī)市場(chǎng)的爆發(fā)性崛起，各大廠商紛紛提升手機(jī)攝像頭的像素值。然而事實(shí)上，決定手機(jī)攝像頭畫(huà)質(zhì)的根本因素并不是像素，而是藏在手機(jī)內(nèi)部的那一小塊芯片-圖像傳感器。

手機(jī)攝像頭CCD與CMOS之爭(zhēng)

    說(shuō)到圖像傳感器，就不能不提到兩個(gè)英文縮寫(xiě)：CCD和CMOS，這是市面上相機(jī)圖像傳感器的兩個(gè)種類(lèi)。如果你是一位對(duì)手機(jī)有研究的消費(fèi)者，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)現(xiàn)象：最近幾年上市的手機(jī)基本上都在使用CMOS傳感器，而使用CCD傳感器的手機(jī)則越來(lái)越少。那么，究竟是什么原因造成了這種局面的產(chǎn)生呢？

詳解CCD與CMOS

詳解CCD與CMOS

    可能有些朋友對(duì)CCD和CMOS這兩個(gè)詞只是略有耳聞，并沒(méi)有深入的了解，下面筆者就來(lái)詳細(xì)介紹一下這兩種傳感器。

    CCD，英文全稱(chēng)為Charge-coupled Device，中文名為“電荷耦合組件”，是一種集成電路，上有許多排列整齊的電容，能夠感應(yīng)光線，并將圖像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。CCD傳感器廣泛應(yīng)用在數(shù)字?jǐn)z影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測(cè)技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡和高速攝影技術(shù)上面。

CCD傳感器（圖片來(lái)源于與非網(wǎng)）

    具體而言，一副圖像經(jīng)過(guò)透鏡在電容數(shù)組表面成像后，依其亮度的強(qiáng)弱，會(huì)在每個(gè)電容單元上形成強(qiáng)弱不等的電荷。照相機(jī)一旦完成曝光的動(dòng)作，控制電路就會(huì)使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一個(gè)單元，當(dāng)?shù)竭_(dá)邊緣最后一個(gè)單元時(shí)，電信號(hào)傳入放大器，轉(zhuǎn)變成電位。如此周著復(fù)始，直到整個(gè)圖像都轉(zhuǎn)成電位，取樣并數(shù)字化之后存入存儲(chǔ)器。所存儲(chǔ)的圖像可以傳送存儲(chǔ)設(shè)備保存或者在顯示屏上顯示。

使用CCD傳感器的網(wǎng)絡(luò)攝像頭（圖片來(lái)源于f2f）

    CMOS，英文全稱(chēng)為Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，中文名為“互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體”，它原本是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片，保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資料。后來(lái)被證實(shí)可以作為數(shù)碼攝影的感光元件。CMOS的成像過(guò)程與CCD相近，但在由電信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中有差異。CMOS傳感器的每個(gè)像素旁直接連著ADC（放大兼類(lèi)比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器），能夠直接放大電信號(hào)并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

無(wú)論CCD還是CMOS，成像原理都是相同的（圖片來(lái)源于sensorway）

    說(shuō)到這里可能有些網(wǎng)友會(huì)問(wèn)，在實(shí)際拍照的過(guò)程中，CCD和CMOS這兩種傳感器有什么區(qū)別呢？

    CMOS傳感器的每個(gè)像素單元都比CCD傳感器復(fù)雜，其像素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器的水平。

CCD相對(duì)CMOS的三點(diǎn)劣勢(shì)

CCD相對(duì)CMOS的三點(diǎn)劣勢(shì)

    那么問(wèn)題出現(xiàn)了，既然同等條件下CCD傳感器的圖像分辨率更好，為什么市面上的絕大多數(shù)手機(jī)攝像頭使用的都是CMOS傳感器呢？攝像頭供貨商沒(méi)有考慮到這一點(diǎn)嗎？

    當(dāng)然不是，雖然CCD傳感器在分辨率上有一定優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于CMOS傳感器而言也存在著明顯的缺陷。

CMOS傳感器在手機(jī)上優(yōu)勢(shì)明顯（圖片來(lái)源于三好在線）

    第一：傳輸速率較慢。前文已經(jīng)提到，CCD傳感器需要在同步時(shí)鐘的控制下，以行為單位一位一位的輸出信息，速度較慢；而CMOS傳感器采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，并且能夠同時(shí)處理各單元的圖象信息，傳輸速度比CCD要快很多。

    第二：成本較高。由于CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路集成到傳感器芯片中，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本。而CCD傳感器采用電荷傳遞的方式傳送數(shù)據(jù)，只要其中有一個(gè)電容單元不能運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致一整排的數(shù)據(jù)不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多。因此，CCD傳感器的成本高于CMOS傳感器。

    第三：耗電量大。CCD傳感器的電荷耦合器大多需要三組電源供電，而CMOS傳感器只需使用一個(gè)電源，耗電量?jī)H為CCD電荷耦合器的1/8到1/10。對(duì)于手機(jī)這種對(duì)待機(jī)時(shí)長(zhǎng)要求很高的產(chǎn)品而言，在攝像頭組件上消耗太多電量無(wú)疑是不可取的，畢竟保證長(zhǎng)時(shí)間的待機(jī)更為重要。

CCD傳感器手機(jī)雖處弱勢(shì)但不會(huì)消失

CCD傳感器手機(jī)雖處弱勢(shì)但不會(huì)消失

    對(duì)于一款手機(jī)而言手機(jī)，輕薄的機(jī)身也就意味著攝像頭的體積必須要控制在最小，這方面CMOS要比CCD占優(yōu)勢(shì)。CMOS能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快、成本較低，對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)也是福音。另外，耗電量也是手機(jī)選用CMOS傳感器重要的因素。因此，近年來(lái)CCD感光元件在手機(jī)攝像頭上的應(yīng)用越來(lái)越少，尤其是從2011年以來(lái)，背照式CMOS傳感器的大面積推廣更是加劇了CCD的衰落。背照式CMOS改變傳統(tǒng)的光線入射，讓光線首先進(jìn)入感光二極管，從而增大感光量，顯著提高低光照條件下的拍攝效果。

采用1210萬(wàn)像素CCD傳感器的LG L-03（圖片來(lái)源于和訊網(wǎng)）

    隨著背照式CMOS的技術(shù)日臻成熟，它的成像質(zhì)量已經(jīng)與CCD相當(dāng)接近，而低廉的成本使得其成為眾多攝像頭供應(yīng)商的首選。目前，僅有LG、夏普等少數(shù)手機(jī)廠商仍然在生產(chǎn)搭載CCD傳感器的手機(jī)。

夏普SH011采用960萬(wàn)像素CCD傳感器（圖片來(lái)源于攜帶網(wǎng)）

    雖然CMOS傳感器已經(jīng)在市場(chǎng)占據(jù)統(tǒng)治地位，但CCD傳感器的高畫(huà)質(zhì)仍然受到一些消費(fèi)者的追捧。有需求就會(huì)有市場(chǎng)，相信CCD傳感器能夠在手機(jī)市場(chǎng)的“夾縫”中保留住自己的生存空間。

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