CCD的概念

CCD的英文全称是& quot电荷耦合器件& quot，中文全称是电线条耦合元件，通常称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，可以将光学图像转换成数字信号。CCD上植入的微小感光物质称为像素。CCO包含的像素越多，它提供的图像分辨率就越高。CCD的作用就像胶片一样，只是把图像像素转换成数字信号。CCD上有很多排列整齐的电容，可以感应光线，将图像转换成数字信号。通过外部电路的控制，每一个小电容都可以把自己的电线转移到相邻的电容上。

CCD图像传感器可以直接将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的采集、存储、传输、处理和再现。

普通数码相机的CCD大小

CCD通常分为四个尺寸，从大到小：APS，2/3寸，1/1.8寸，1/2.7寸。

电荷耦合器件

CCD图像传感器的特点

(1)体积小，重量轻

(2)功耗低，工作电压低；抗冲击和振动，性能稳定，使用寿命长。

(3)高灵敏度、低噪声、大动态范围。

(4)响应速度快，具有自扫描功能，图像畸变小，无残像。

(5)采用VLSI技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商业化生产成本低。

功能

CCD图像传感器可以直接将光信号转换成模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的采集、存储、传输、处理和再现。

许多使用光学方法测量外径的仪器使用CCD器件作为光电接收器。

CCD在功能上可分为线阵CCD和面阵CCD。线阵CCD分为单通道和双通道，其感光区域为MOS电容或光电二极管结构，所以制作工艺相对简单。它由光敏面阵和移位寄存器扫描电路组成，特点是信息处理速度快，外围电路简单，易于实时控制，但获得的信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多。它是由许多感光区域按正方形阵列排列，按一定形式连接成一个器件，可以获取大量信息，处理复杂图像。

应用

广泛应用于数码摄影和天文学，尤其是光学遥测、光学和光谱望远镜，以及Luckyimaging等高速摄影。CCD广泛应用于摄像机、数码相机、扫描仪中，只不过相机采用的是点阵式CCD，即包含X、Y两个方向用于拍摄平面图像，而扫描仪采用的是线阵CCD，只有X方向，Y方向的扫描由扫描仪的机械装置完成。

应用（在摄影方面的）

点阵像素CCD应用于数码相机、光学扫描仪和照相机的感光元件。其光效率可达70%(可捕捉70%的入射光)，优于传统胶片(底片)的2%，因此CCD很快被天文学家采用。

数码相机或摄像机中使用的平面CCD一次捕获整个图像，或从中提取一个正方形区域。曝光完成后，控制电路会将电容单元上的电荷转移到下一个相邻单元，当到达边缘的最后一个单元时，电荷信号会被转移到放大器，转换成电位。重复这一过程，直到整个图像被转换成电势，被采样、数字化并存储在存储器中。存储的图像可以发送到打印机、存储设备或显示器。

目前超高分辨率CCD芯片还是挺贵的，一台配备3CD的静物相机价格往往超出很多专业摄影师的预算。因此，一些高端相机使用旋转滤色镜。

天体摄影中使用的冷却CCD相机必须用连接环固定在成像位置，防止外界光线或震动的影响；同时，由于大多数成像平台天生体积庞大，天文学家利用‘自动导星’技术拍摄星系、星云等暗弱天体的图像。大多数自动恒星引导系统使用额外的不同轴CCD来监控任何图像的偏差，然而，一些系统将主镜连接到CCD相机进行拍摄。用一个光学装置将主镜中的星光加到相机中的另一个CCD导星装置上，可以快速检测出跟踪天体的微小误差，并自动调整驱动电机修正误差，无需额外的导星。

应用（其他领域）

冷冻CCD在90年代初也被广泛应用于天文摄影和各种夜视设备，大型天文台不断开发高像素CCD，以极高的分辨率拍摄天体。

CCD在天文学中有一个奇妙的应用，它可以使固定望远镜像跟踪望远镜一样工作。

一般大部分CCD都能感应到红外线，于是就衍生出了红外图像、夜视器件、零照度(或接近零照度)相机等等。为了减少红外干扰，天文CCD往往采用液氮或半导体冷却，因为常温下的物体会有红外黑体辐射效应。CCD对红外线的敏感度还有另一个影响。如果各种配备CCD的数码相机或录像机没有配备红外滤镜，很容易捕捉到遥控器发出的红外线。降低温度可以降低电容阵列上的暗电流，提高CCD在低照度下的灵敏度，甚至可以提高对紫外和可见光的灵敏度(信噪比)。

CMOS概念

CMOS是互补金属氧化物半导体的缩写。是指一种用于制造大规模集成电路芯片的技术或用这种技术制造的芯片。它是电脑主板上的读写RAM芯片。由于它的读写特性，用来保存BIOS在电脑主板上设置电脑硬件参数后的数据。这个芯片只是

用来存放数据的。

在今日，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单眼数码相机。虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为固件或计算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工艺，只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能，再透过芯片上的模数转换器（ADC）将获得的影像讯号转变为数码讯号输出。

CMOS

优势

允许的电源电压范围宽，方便电源电路的设计

逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强

静态功耗低

隔离栅结构使CMOS期间的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多

CMOS与CCD对比

CMOS

主要运用于低端摄像头产品

读出速度快

信号读取简单

耗电量非常小（很大优势）

图像质量受干扰程度大（成像质量较低）

制作成本相对较低

噪音高

集成性高

CCD

运用于高端摄像头

读出速度慢

信号读取比较困难

耗电量大

成像质量高

制作成本高，制造工艺复杂

噪音低

集成性低

具体对比

1)信息读取方式

•CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号，信号读取十分简单。

2)速度

•CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢;而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。

3)电源及耗电量

•CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大;CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。

4)成像质量

•CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

5)成本

由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD(电荷藕合器件图像传感器：ChargeCoupledDevice)，它的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，一时间，是否具有CCD感应器甚至变成了人们判断数码相机档次的标准之一。

6）扫描方法

CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如，如果分辨率为300万像素，那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷，扫描的方法非常简单，就好像把水桶从一个人传给另一个人，并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可节省任何无效的传输操作，所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描，同时噪音也有所降低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技术。

7）噪声

由于CMOS图像传感器集成度高，各元件、电路之间距离很近，干扰比较严重，噪声对图像质量影响很大。随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

8）具体运用

在数字影像领域，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来，市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。

CCD与CMOS的具体参数对比

TTL

CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。

TTL是英文ThroughTheLens的缩写，翻译过来就是通过镜头进行测量曝光方式的闪光灯系统。TTL的工作原理是首先光线通过镜头并被CCD所反射，而闪光灯感应器在会在曝光期间持续不断地进行测光，直到获得正确的曝光量。TTL的最大优势就是可以让用户在来不及估计距离，调整光圈的情况下，都可以保证相机闪光灯曝光正确。

第一台TTL测光相机

"TTL测光"技术起源于1964年，当时人们外出拍摄时都需要携带一块测光表，先测光之后再设定相机的光圈值以及快门值，随后进行拍摄，整个过程比较烦琐。而"TTL测光"正好解决了这个问题。在拍摄时，摄影师半按快门，相机启动TTL测光功能，入射光线通过相机的镜头以及反光板折射，进入机身内置的测光感应器，这块测光感应器和CCD或者CMOS的工作原理类似，将光信号转换为电子信号，再传递给相机的处理器运算，得到一个合适的光圈值和快门值。用户完全按下快门，相机按照处理器给出的光圈值和快门值自动拍摄

TTL测光"最大的优势就是，"TTL测光"得到的通光量就是标准底片的曝光参数，如果相机前面加装了滤镜，"TTL测光"得出的测光数值和不加滤镜时是不同的，用户此时不需要根据相机加装的滤镜重新调节曝光补偿，只需要直接按下快门拍照即可。

大多数的数码相机或传统傻瓜相机，大多数都具备这几种测光方式:中央平均测光、中央局部测光、点测光以及评价测光。这几种测光方式基本可以应付目前所有的拍摄，但是在影楼以及一些专业场合或者广告拍摄，摄影师依旧依赖测光表的数值来进行拍摄。

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下一次的百科就来说说数码相机的测光方式