第十九屆安博會將于10月28至30日在深圳召開 。在六號館國際館當(dāng)中，我們將見到非常多的供應(yīng)鏈上游廠商 ， 其中不乏許多鏡頭和感光元件廠商的身影 。
視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心技術(shù)部件是光學(xué)成像器件，而光學(xué)成像器件主要包括鏡頭及感光器件，目前感光器件主要是CCD和CMOS兩種 。
CCD傳感器
CMOS傳感器
CCD（電荷耦合器件）和CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器是用于獲取數(shù)字圖像的兩種不同器件 。兩者都有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，在不同的應(yīng)用中具有各自的優(yōu)勢 。
關(guān)于CMOS相對于CCD的相對優(yōu)勢，已有許多討論 。辯論一直持續(xù)了很久，只是并沒有明確的結(jié)論 。這并不奇怪 ， 因?yàn)閱栴}不是一成不變的 。
技術(shù)和市場在發(fā)展，不僅影響技術(shù)上可行的東西，而且影響商業(yè)上可行的東西 。成像器件的應(yīng)用是多種多樣的，同時需求也在不斷變化 。
首先，CCD和CMOS成像均依靠光電效應(yīng)從光產(chǎn)生電信號，兩種類型的成像元件原理都是將光轉(zhuǎn)換成電荷并將其處理成電子信號 。
在CCD傳感器中，每個像素的電荷都通過數(shù)量非常有限的輸出節(jié)點(diǎn)（通常只有一個）傳輸 ， 然后轉(zhuǎn)換為電壓，進(jìn)行緩沖并作為模擬信號在芯片外發(fā)送 。所有像素均可用于光捕獲，并且輸出的均勻性（圖像質(zhì)量的關(guān)鍵因素）很高 。
在CMOS傳感器中，每個像素都有其自己的電荷到電壓的轉(zhuǎn)換 ， 并且該傳感器通常還包括放大器，噪聲校正和數(shù)字化電路，以便芯片輸出數(shù)字信號 。這些其他功能（較CCD而言）增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜度 ， 并減少了可用于捕獲光的面積 。每個像素進(jìn)行轉(zhuǎn)換時，均勻度會降低 。
CCD和CMOS成像器都是在1960年代末和1970年代發(fā)明的 。CCD在一開始占主導(dǎo)地位，主要是因?yàn)樗鼈兛梢岳靡延械闹圃旒夹g(shù)提供出色的圖像 。CMOS圖像傳感器需要更高的一致性和更小制造工藝，而當(dāng)時的晶圓代工廠無法提供 。
直到1990年代 ， 光刻技術(shù)才發(fā)展到讓設(shè)計(jì)者可以考慮CMOS的地步 。對CMOS的重新關(guān)注是基于對降低功耗，增加集成度以及通過復(fù)用主流邏輯和存儲器件降低制造成本等方面的考量 。在投入了大量的時間、金錢和工藝改進(jìn)后，CMOS在實(shí)際生產(chǎn)中滿足了上述期望 ， 從而成為了成熟的主流技術(shù) 。
在兩者共存的情況下，某些應(yīng)用使用CMOS可以獲得更好的效果，而某些情況最好使用CCD 。通過比較不同的情況，我們可以理解其中的技術(shù)折衷以及一些成本的考量 。
01
視頻設(shè)備的成像
【CCD和CMOS哪個更好？ cmos和ccd哪個好】憑借更低的功耗和更高的集成度 ， 更小的組件，CMOS成功在手機(jī)成像方面獲得青睞——這是世界上體量最大的圖像傳感器應(yīng)用 。為了開發(fā)和微調(diào)CMOS成像器及其制造工藝，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的上游企業(yè)投入了大量資金，隨著像素尺寸縮小，圖像質(zhì)量有了極大提高 。
因此，在消費(fèi)電子領(lǐng)域和視頻監(jiān)控領(lǐng)域，基于幾乎所有性能參數(shù)，CMOS成像的性能均優(yōu)于CCD 。
02
機(jī)器視覺成像
在機(jī)器視覺中 ， 得益于巨大的手機(jī)成像獲得投資后帶來的發(fā)展，于大多數(shù)機(jī)器視覺領(lǐng)域的面掃描和線掃描器件，CCD也是過去的技術(shù)了 。
對于機(jī)器視覺，關(guān)鍵參數(shù)是速度和噪聲 。CMOS和CCD成像的區(qū)別在于，信號從電荷轉(zhuǎn)換為模擬信號，最后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的方式不同 。
在CMOS中，數(shù)據(jù)路徑的前端高度并行 。這允許每個放大器具有低帶寬 。相反 ， 高速CCD具有一定量的并行的輸出通道 ， 但不如高速CMOS那樣擁有大量并行模擬前端，可以進(jìn)行大規(guī)模并行處理 。
但是，也存在例外情況 。CCD在哪些情況下優(yōu)于CMOS的表現(xiàn)呢？
03
近紅外成像
要在近紅外光（700至1000nm波長）中成像，成像器需要具有較厚的光子吸收區(qū)域 。這是因?yàn)榧t外光子比硅中可見光子的吸收區(qū)位置要深 。
大多數(shù)CMOS成像器制造工藝都針對僅在可見光中成像進(jìn)行了調(diào)整 。所以這些成像器對近紅外（NIR）不太敏感 。如要增加基板厚度 ， 改變摻雜水平，則會影響CMOS模擬和數(shù)字電路的工作 。
CCD制造可以保證有較厚的基板厚度的同時，保留其正常的工作能力 。所以，專門設(shè)計(jì)為在近紅外光中成像的CCD比CMOS敏感得多 。
04
時延和積分成像
時延和積分（TDI）成像 。通常用于機(jī)器視覺和遙感中，其操作與線掃描成像器非常相似，當(dāng)被攝對象的圖像進(jìn)行逐行掃描時 ， 每行都會捕獲對象的快照 。當(dāng)信號非常微弱時，TDI最為有用，因?yàn)楸粩z對象的多個快照被加在一起，可以創(chuàng)建更強(qiáng)的信號 。
當(dāng)前 ， CCD和CMOS TDI對多個快照的疊加合并方式不同 。CCD合并信號電荷，而CMOS TDI合并電壓信號 。求和運(yùn)算在CCD中無噪聲，但在CMOS中則不然 。當(dāng)CMOS TDI的行數(shù)超過一定數(shù)目時，來自求和操作的噪聲疊加 ， 以至于最先進(jìn)的CMOS TDI也無法比普通CCD TDI獲得更少的噪聲 。
05
電子倍增成像
電子倍增CCD（EMCCD）是一種CCD器件，其結(jié)構(gòu)可以限制信號在倍增過程中增加的噪聲 。這將導(dǎo)致凈信噪比（SNR）增益，所以在信號微弱的應(yīng)用中，EMCCD可以檢測到幾于科學(xué)成像 。因此EMCCD可用于超低信號應(yīng)用，通常用于科學(xué)成像 。
成本考慮
而實(shí)際情況中，對于許多業(yè)務(wù)決策而言，除去針對具體情況進(jìn)行基于技術(shù)和性能的權(quán)衡，更多的是考慮所付出的價(jià)格所獲得的績效如何 。
首先 ， 開發(fā)和定制成本 。CMOS成像器的開發(fā)通常更昂貴，因?yàn)镃MOS使用更昂貴的深亞微米掩模 。在CMOS器件中還需要設(shè)計(jì)更多的電路，所以CMOS器件的開發(fā)成本較高 。
其次 ， 數(shù)量決定生產(chǎn)成本 。盡管開發(fā)新的CMOS成像器的成本較高，但是可以利用規(guī)模上的加大來降低的CMOS單位生產(chǎn)成本 。在大批量生產(chǎn)應(yīng)用情況中 ， 較低的單位生產(chǎn)成本在財(cái)務(wù)上而言總體比較低的開發(fā)成本更為重要 。
第三，供應(yīng)穩(wěn)定性很重要 。圍繞可能停產(chǎn)的成像器件設(shè)計(jì)外圍電路，這非常可怕和昂貴的 。所以必須選擇有能力長期生產(chǎn)成像器件的公司，目前CCD已經(jīng)逐漸退出市場的情況下，CMOS 。目前CCD逐漸退出市場的情況下 ， CMOS方案被越來越多的采用，穩(wěn)定的供應(yīng)幫助其成為了主流成像器件 。
總結(jié)：CMOS成為主流
各種各樣的應(yīng)用有不同的要求 。這些要求帶來了影響性能和價(jià)格的約束 。價(jià)格與性能之間的權(quán)衡，以及應(yīng)用數(shù)量、供應(yīng)穩(wěn)定性都會影響對CMOS和CCD的選擇 。由于存在這些復(fù)雜性 ， 因此不可能對所有應(yīng)用的CMOS和CCD成像做一個一般性的陳述 。
但在大多數(shù)可見光成像應(yīng)用中，CMOS成像的性能均優(yōu)于CCD，這也是CMOS逐漸在大部分應(yīng)用領(lǐng)域取代了CCD的原因 。但是針對一些特殊情況，例如信號微弱時的時延和積分成像，近紅外光NIR成像，科學(xué)成像，CCD仍是更好的選擇 。
