CCD与CMOS的对比

哪种技术更适用于工业相机？

长期以来，CCD芯片都是市场上最常见的成像芯片。然而，随着行业的不断发展，CMOS芯片逐渐占领了市场。在本文中，我们将深入分析CMOS芯片和CCD芯片之间的差异，并探索适用于未来的成像芯片。

现代CMOS芯片的性能通常优于CCD芯片

2015年3月，Sony（索尼）宣布全系列的CCD芯片均将停产，预示着基于CCD技术的新开发工作就此结束，取而代之的是CMOS芯片。当时的CMOS芯片仅在少数几个方面逊色于CCD技术。在过去的几年中，新技术的发展也已经弥补了这些不足，使我们现在能够享受到CMOS芯片带来的诸多优势。

当然，CCD和CMOS芯片之间的比较并不完全准确，因为CMOS在技术发展方面已经领先了八年有余。在两种芯片都尚具有竞争力的时代，使用CCD还是CMOS芯片要根据目标应用来决定。如今，CCD与CMOS之争已不复存在，因为厂商已经不再继续研发CCD芯片。CMOS芯片凭借其高帧速率、高分辨率、低功耗，以及经过改进的噪声特性、量子效率和色彩概念，已经具备了原本被CCD芯片独占的技术优势。

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CCD与CMOS的对比 - 技术细节详解

CMOS芯片获得了技术改进并具备高性价比，因此在工业机器视觉领域越来越具有吸引力。尤其是它可以实现极高的帧速率，并且几乎不影响成像质量。这也是目前这一代CMOS芯片的主要特点之一。

相机的成像芯片有什么作用？

CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）芯片都能将光（光子）转换为电子信号（电子）。这两种芯片的主要区别在于它们所采用的技术结构。在CCD芯片中，电荷会按逐个像素移动，而CMOS芯片则会直接读出每个像素。

提高效率

过去，CMOS芯片转换入射光的效率明显较低，现在的情况已经改变。随着应用于芯片的微透镜阵列等技术的进一步发展，现在可确保CMOS芯片能达到等于甚至更高于CCD芯片的灵敏度。

更高的帧速率

CCD芯片的读出速度受到逐行或逐列读取的限制。另一方面，CMOS芯片因其采用的结构特点，每个像素均可单独读出，无需像CCD芯片那样转移电荷，因此可大大提高帧速率。这意味着图像信息的读出速度更快，从而提高性能。例如，CCD芯片每秒可以检测更多的部件或更出色地检测交通违规行为。

更高的动态范围

相机的动态范围是指在图像噪声水平之上可识别的最强信号和最弱信号之间的比率，即饱和容量与灵敏度阈值的比率。CMOS芯片通常具有更高的饱和容量，即每个像素的最大电子数更高，但其灵敏度通常较低。这意味着CMOS芯片的动态范围通常与CCD芯片相当。不过，最新的Sony（索尼）IMX174等CMOS芯片在动态范围方面已经超越所有同类型的CCD产品。

无"光晕"和"拖尾"现象

CMOS技术在强光下具有明显的优势。如果CCD像素过度曝光，产生的多余电子就会"溢出"到邻近的像素，导致明亮的图像结构外溢到较暗的图像结构中，即所谓的"光晕"现象。如果在曝光后，CCD芯片中的电荷在非常明亮的光线下传输，CCD芯片的图像中就会出现明亮的条纹。然后，白色区域会在图像中呈现出多条模糊的线。例如，当一辆开着车灯的汽车在夜间驶向相机时，就会出现这种现象。这种效果被称为"拖尾"。CMOS在这方面具有显著优势，因为这两种现象均不会在CMOS芯片中出现。

快门技术：全局快门或滚动快门 — 使用全局快门（左）和滚动快门（右）拍摄的图像效果对比

采用全局快门，不会产生伪影

当今采用CMOS技术的最新相机是CMOS全局快门相机，例如搭载Sony（索尼）Pregius S芯片系列或onsemi（安森美）PYTHON芯片系列的ace 2相机型号。借助这些相机，就无需再担心滚动快门相机所产生的伪影问题。尽管如此，您也不应断然排除使用CMOS滚动快门相机的可能性。因为在某些应用中，CMOS滚动快门相机的表现可能优于全局快门相机。