成本CMOS便宜一些。
二、CCD 和 CMOS 的比较
6. CMOS灵敏度差。 CMOS传感器对光线的灵敏度不好，感光度通常比CCD传 感器低10倍。人眼能看到1Lux照度（满月的夜晚）以下的
目标，CCD传感器通常能看到比人眼略好，大约能看到在
0.1~3Lux照度以下的目标，是CMOS传感器感光度的3到10 倍。CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内。
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
二、CCD 和 CMOS 的比较
1. 2. 由于上面所说的结构，CCD的电路更改更方便。而由于 CMOS的过分集成，电路更改不方便，但可靠性高。 CMOS功耗小。
3.
CMOS噪声大。
CCD信噪比的典型值一般为45－55dB。 CMOS传感器有 固定比CCD传感器高10倍的噪音。
4.
5.
CMOS速度快。由结构决定。
这一过程存在着以下问题： 当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出，溢 出的电荷会跑到相邻的像素势阱里去。这样电荷的电量就不能 如实反映原物。 要避免这种情况发生的方法： A 把桶做大些； B 减少测量时间； C 把装满水的桶倒出一些； D 做个导流管，让溢出的水流到地上去，不要流到其 它桶里。
对应的方法：
A B C 增大单位像素尺寸； 缩短曝光时间；
缺点：对于暗的部分曝光不足
间歇开关时钟电压； 缺点：会降低速度
D
溢出沟道和溢出门；
缺点：制作复杂，且还有缺陷 所以，增大像素尺寸是最完善的做法。
3. 电荷转移
当一个CCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就 按照一行的方向转移出CCD感光区域。为下一次感光释放空 间。
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
2. 这些电荷可以被储存起来。
三、CCD 的工作过程
3. 电荷可以被有秩序地转移出感光区域。
三、CCD 的工作过程
3. 电荷可以被有秩序地转移出感光区域。
1. 光-电转换
CCD单元部分，就是一个由金属-氧化物-半导体组成的电容器。 这一装置能够完成光电转换。在P型单晶硅的衬底上做一层绝缘 氧化膜，通过活化置换技术再在氧化膜表面做出许多排列整齐 的可透光的电极，当光线通过时，氧化膜与P型单晶硅之间产生 电荷，其电荷的数量与光照强度及照射时间成正比。
2. 电荷储存
若在电极上施加一个适当的正电压，会形成电荷耗尽区，即能 够吸引电子的势阱。电极上所加的电压越高，势阱越深，电荷 留在阱内量越多。只要电压存在，电子就能储存在势阱里。当 景物的光照射到CCD时，具有光敏特性的P型硅在光量子的激 发下产生电子-空穴对，空穴移向衬底而消失，电子进入势阱并 存储在那里。由于绝缘氧化物层使得电子不能穿过而到达电极， 因此存贮在势阱里的电子形成了电荷包，其电荷量的多少与光 照强度成正比，于是所有电极下的电荷包就组成了与景物相对 应的电荷像。
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
2. Full frame
感光和电荷输出过程是分开 的。因此Full Frame的相机在 传送电荷时必须使用机械快 门(无法使用电子快门)，同 时也限制了Full Frame CCD 连续拍照的能力。
2. Full frame Full Frame Serial Register Preamplifier
CMOS ( Complementary Metal-Oxide-Semiconductor )
互补金属氧化物半导体，它集成在被称做金属氧化物的半 导体材料上。
二、CCD 和 CMOS 的比较
CCD与CMOS的光电转换示意图：
CCD sensor 光子 电子 电压 数字信号
放大
A/D
CMOS 芯片可以在像素上同时完成这两个步骤 由上面两图可看出：CMOS和CCD最大的区别是 CMOS的 电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的
北京微视凌志技术支持部培训
2008.4
Part. 2—CCD相机知识简介
一、成像原理
实物
?
图像
图像采集和处理的过程，最基本的是要把实物尽 量真实地反映到虚拟的图像上
一、成像原理
如何准确地描述一幅图像
一、成像原理
感光芯片的设计思想：就是分割被描述区域， 用相应的灰度填充。
一、成像原理
光电转换设备 放大设备
由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是 有一定距离的。 CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高
速摄像头则会采用CMOS芯片。
三、CCD 的工作过程
典型的CCD结构图
三、CCD 的工作过程
1. 有一个光电转换装置把入射到每一个感光像素上的光子转
化为相应数量的电荷。
三、CCD 的工作过程
以分成：
帧转移(FT)方式 行间转移(IT)方式 帧行间转移 (FIT)方式
四、CCD的四种类型
Interline Transfer
Full Frame
Frame Transfer
Line 线阵
1. Interline transfer
CCD曝光后所产生的电荷都 被转移到附近的移位寄存器， 通过垂直传送向下转移到底 部，按一定排序输出，它的 优点在于曝光后即可将电荷 储存在寄存器，继续拍照速
Active Array
Output Node
2. Full frame
阵列的每一个像素都感 光。传输时，每一列向单行 串行寄存器上相对应的位置 转移。同时，串行寄存器向 阵列的出口转移。 是一种架构更简单的感 光设计。鉴于Interline的缺 点，Full Frame可以利用整 个感光区域(没有寄存区的 设计)，有效的增大感光面 积，同时也适应长时间曝光。
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
2. Full frame Full Frame Serial Register Preamplifier
Active Array
Output Node
2. Full frame Full Frame Serial Register
Phase 1 Phase 2 Phse 3t0Gate SiO2 Layer
t1
t2 t3 t4
Direction of Transfer
电荷转移分单相驱动、双相驱动、三相驱动及四相驱动 等多种方式，除了电极构造及所加电压波形不同以外，其转 移原理是一样的。 四相驱动方式的驱动电路比较复杂，但相邻势阱的深度 差较大，电荷的存贮量也大，容易实现隔行扫描，在专业级
度较快，感光和传输不在同
一列，从而避免了两者之间 的冲突。
1. Interline transfer
隔行传输的缺点是，寄存器
占用了感光面的面积， 相应 地牺牲了动态范围。芯片并
不是所有面积都在感光，这
样，对于定位测量要求比较 高的应用会有影响。这种 CCD成本较低。
1. Interline transfer Interline Transfer Serial Register Preamplifier
在同一个像素区域，应该有电荷储存空间和用来转移的空间。 这样才能顺利完成转移。
势阱的深浅由电极上所加电压的大小决定。电荷在势阱 内可以流动，它总是从相邻浅阱里流进深阱中，这种电荷流动 称为电荷转移。若有规律改变电极电压，则势阱的深度就会随 之变化，势阱内电荷就可以按人为确定的方向转移，直到最终 由输出端输出。
实物
光子 光源 电荷 A/D转换 模拟量（电压） 数字量
图像
显示设备
一、成像原理
CCD sensor
后端电路
实物
光子 光源 电荷 A/D转换 模拟量（电压） 数字量
图像
显示设备
一、成像原理
模拟相机 + 监视器
实物
光子 日光
CCD sensor
相机后端电路
电荷
模拟量（电压）
图像
监视器
一、成像原理
二、CCD 和 CMOS 的比较
因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量工业 及广播级摄像机都使用CCD传感器，CMOS传感器一般用于低 端产品。在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色 彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性