前一段时间，佳能推出了EOS R3速度旗舰，搭载了佳能首款自主研发的背光堆叠CMOS图像传感器，但很多朋友说，堆叠CMOS已经存在很长时间了。相信很多人对于相机图像传感器的相关知识都是很少的，今天就跟大家科普一下关于图像传感器结构的一些知识。

CCD还是CMOS?

在数码单反的早期，CCD图像传感器和CMOS图像传感器之间有一场“路线战”。首先，无论哪种图像传感器，其原理都是将输入的光信号转换为电信号，经ADC数模转换器转换为数字信号，再经ISP图像处理器处理接收数字信号，最后输出图像。

CCD的全称是电荷耦合器器件，是1969年由美国贝尔实验室发明的一种电荷耦合器图像传感器。CMOS是互补金属氧化物半导体(Complementary Metal - Oxide Semiconductor)和互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器的全称，是一种应用广泛的集成电路设计技术。相对而言，CCD在早期具有分辨率高、灵敏度好、全量程快门的特点，而CMOS具有高集成度、低功耗、低成本的特点。与CCD产品相比，CMOS是一种标准的工艺，可以利用现有的半导体设备，不需要额外的设备投资，并且可以随着半导体技术的进步而提高质量。随着技术水平的提高，CMOS图像传感器迅速克服了分辨率和灵敏度的劣势，大尺寸元件和视频录制的价格优势更加明显，这直接导致了CMOS的全面胜利。

目前，CCD图像传感器大多出现在一些性能要求特别高的特殊领域，而成本却对该领域和应用非常冷漠。例如，冷冻CCD用于天文摄影、医用x射线和一些需要长时间曝光的科学应用。而那些在社交媒体平台上大肆宣传的十多年前使用过的CCD相机，通常被归类为“工业废物”。同样的价格可以买到同时代的全画幅单反相机，不值得买。

在数码单反的早期，每个家族都尝试过使用CCD作为图像传感器，但在2002年，佳能和柯达都发布了使用CMOS图像传感器的全画幅单反相机，此后佳能没有使用CCD作为单反图像传感器，专注于CMOS的路径。

当然，并不是所有的厂家都选择CCD或CMOS，司马选择了FOVEON X3传感器。2002年，司马推出了全球首款配备FOVEON X3传感器的数码单反相机SD 9。直到今天，只有带有FOVEON X3传感器的司马相机在销售。

虽然索尼在2003年还没有进入相机市场，宾得已经发布了它的第一款数码单镜头反光相机，ist D，使用索尼的631万像素CCD。2017年，索尼正式停止开发CCD图像传感器，索尼最后一款CCD单反相机要追溯到2010年的索尼a390。

背光？栈？它们是什么？

如果说CCD与CMOS之争是电路之争，那么背光CMOS和堆叠CMOS就是CMOS图像传感器的演变。

如上所述，CMOS具有高集成度的特点，因此许多胶片相机领域的顶级厂商选择将ADC数模转换器集成到CMOS中，以提高峰值输出性能，取得良好的效果。2007年，索尼推出了Exmor CMOS，可以在小尺寸传感器上集成ADC功能，2008年索尼推出了著名的IMX028，用于索尼a900和尼康D3X。从这一点开始，索尼CMOS的性能逐渐与外接ADC的佳能CMOS拉开了明显的差距。

2008年，索尼推出了BSI背光CMOS，索尼将其称为Exmor r。在正向CMOS时代，拜耳阵列滤波器和光电二极管之间有很多金属线，阻挡了大量进入传感器表面的光。在背光CMOS架构中，金属导线被转移到光电二极管的背面，光线不再被遮挡，信噪比大大提高，并且可以使用更复杂和大规模的电路来提高传感器读取速度。第一个受益于背光CMOS的不是相机领域，而是苹果的IPHONE 4S。后来，1英寸卡片机开始大规模使用。即使是能生产自己的CMOS传感器的佳能和松下也采用了索尼的背光CMOS。

背光源CMOS之后的技术升级是铜互连，与之前的铝互连相比，铜互连的电阻降低了40%，芯片性能提高了15%，尺寸更小，同时为芯片增加互连层提供了可能性。也就是说，如果没有铜互连工艺，就不会有后来的堆叠CMOS。2012年尼康推出的D600采用了IMX128传感器，与尼康D3X相比，在速度上有了质的提升。这是铜互连技术带来的进步。索尼开始用Alpha 7R II宣传这一升级。

2012年，索尼发布了名为Exmor RS的堆栈式CMOS架构，该架构拥有比背光CMOS和内置DRAM存储芯片更多的adc，这意味着CMOS可以更快地读取和处理。2015年，索尼推出了RX100 IV，这是一款具有可堆叠CMOS的卡片机，具有超快的24拍/秒性能。后来，索尼用RX100 VII升级了可堆叠CMOS，具有无黑屏20张/秒的性能。

对人类而言，这些新技术是：内置ADC以提高容差，背光CMOS以改善光输入，铜互连工艺和堆叠CMOS以提高读取速度。

那么传感器的升级是什么呢？

虽然索尼在相机/移动CMOS方面仍然领先佳能/三星/OV，但与供应阿莱的安森美半导体等高端品牌相比，它还有很多工作要做。我认为最重要的一点是佳能已经成功开发了双增益成像图像传感器技术。

该技术要求CMOS集成两个ADC，其中一个ADC通道读取14位高增益信号，另一个ADC通道读取14位低增益信号。最后，处理器进行HDR合成16位高宽度图像。Alai已经这样做了很长时间，佳能也在C70摄像机中使用CMOS。目前在相机/手机领域还没有类似的东西，但我相信随着时间的推移，一些供应商会尝试这个功能点。