高清监控详解—CCD与CMOS的分析对比

发表日期：2012-12-22

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一、名词释义及工作原理

CCD：

英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。其使用一种高感光度的半导体材料制成，包含众多感光元件，每个感光元件叫一个像素，CCD可以看做这些像素的集合体。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

CMOS:

英文全称是Complementary Metal Oxide Semiconductor即互补金属氧化物半导体，与CCD一样也是记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带负电（N极）和正电（P极）的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。再透过芯片上的模数转换器（ADC）将获得的模拟影像信号转变为数字信号输出。

二、CCD与CMOS的对比

1，像素结构不同

CCD与CMOS的第一个区别体现在感光单位即像素结构不同。前者的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大部分面积。而CMOS感光元件的构成比较复杂，除处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，每个像点构成为一个感光二极管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分。

相较于CMOS传感器，CCD感光元件中的有效感光面积大，在同等条件下可接收较强的光信号，对应的输出电信号也更强；体现在输出结果上，就是CMOS传感器捕捉到的图像内容不如CCD传感器丰富、锐度较差、图像细节丢失情况严重且噪点明显，这也是早期CMOS传感器大多用于低端场合的原因。

2，ADC位置和数量不同

CCD与CMOS的第二个区别体现在ADC（模数转换器）位置和数量的不同。CCD每行像素点只对应着一个ADC,感光元件每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，由控制电路以串行的方式依序传入"缓冲器"中，由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大，再串联ADC输出；相对地，CMOS的设计中每个像素点旁连着一个ADC,信号直接放大并转换成数字信号。

也正是由于这点不同，CCD传感器中每一个感光元件的信号能形成统一的输出，这些输出数据经放大器统一处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；而CMOS每一个感光元件携带一个ADC,无法保证每个像点的放大率严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌。体现在最终的输出结果上，就是图像中不可避免地出现噪点，图像品质低于CCD传感器。

3，具体参数对比

三、二者应用场合

通过以上比较分析，能看出CCD与CMOS各有优势。基于此，我们可以做到扬长避短，在不同应用场合合理选择CCD或CMOS摄像机。

1，低照度环境下宜使用CCD摄像机

由于CCD感光单元有效面积大，在光照强度较低的环境中，能相对清晰地呈现出被摄物体原貌。在低照度环境下，如灯光较暗的停车场、楼梯间、封闭通道和暗室等，宜选用感光灵敏的CCD摄像机。,

2，隐蔽环境中使用CMOS摄像机

CMOS传感器可以做的很小，因此CMOS摄像机可以做得非常小。而CCD摄像机限于外围复杂电路影响，体积无法做到CMOS般微型化。对于道路、门口等摄像机易受不法分子攻击破坏的场合，选用CMOS摄像机能达到隐蔽执法、避免攻击的作用。

3，图像质量要求高的场合选用CCD摄像机

CCD结构中由于每行仅有一个ADC,信号放大比例一致，所以图像还原真实自然、噪点低，在对画质要求苛刻的场合宜选用CCD摄像机。像素越高、尺寸越大的CCD拥有更好的图像品质。目前监控用CCD摄像机已能做到200万至500万高像素。,4，高帧摄像时选用CMOS摄像机更佳

CMOS传感器可以直接将图像半导体产生的光电信号转变成数字信号，处理速度非常快。这个优点使得CMOS传感器对于高帧摄像机非常有用，速度能达到400到2000帧/秒。所以对于高速摄像场所，选用CMOS摄像机效果更佳。

四：发展趋势

CCD和CMOS基本上是同时发明的，但由于CMOS技术问题，使得CMOS的噪声等参数远远比不上CCD，所以CCD在过去的几十年里才发展得突飞猛进。但随着CMOS技术的提高，CIS（CMOS Image Sensor）越来越好，大有取代CCD之势头。因为解决了技术问题的CIS的成本更低，更适合于批量生产。

针对于此，深圳世国的防爆摄像机机芯主要选择的是CCD传感器，世国的防爆高清网络摄像机选择的是CMOS传感器，因为百万级摄像机选择CMOS传感器在性价比和性能方面是比较合适的。