無論是CCD還是CMOS，它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管（photodiode），該二極管在接受光線照射之后能夠產生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應。

但在周邊組成上，CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二極管之外，包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元，感光二極管占據了絕大多數面積—換一種說法就是，CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強的光信號，對應的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構成就比較復雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器與模數轉換電路，每個像點的構成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據的面積只是整個元件的一小部分，造成CMOS傳感器的開口率遠低于CCD （開口率：有效感光區域與整個感光元件的面積比值）；這樣在接受同等光照及元件大小相同的情況下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信號就明顯小于CCD元件，靈敏度較低；體現在輸出結果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內容不如CCD傳感器來得豐富，圖像細節丟失情況嚴重且噪聲明顯，這也是早期CMOS 傳感器只能用于低端場合的一大原因。

CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點密度無法做到媲美CCD的地步，因為隨著密度的提高，感光元件的比重面積將因此縮小，而CMOS開口率太低，有效感光區域小得可憐，圖像細節丟失情況會愈為嚴重。因此在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規模總是高于同時期的CMOS傳感器，這也是CMOS長期以來都未能進入主流數碼相機市場的重要原因之一。每個感光元件對應圖像傳感器中的一個像點，由于感光元件只能感應光的強度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。在這方面，不同的傳感器廠商有不同的解決方案，最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：2：1的構成由四個像點構成一個彩色像素（即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點，剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術則將其中的一個綠色濾光片換為翡翠綠色（英文 Emerald，有些媒體稱為E通道），由此組成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一種技術方案，都要四個像點才能夠構成一個彩色像素，這一點大家務必要預先明確。

在接受光照之后，感光元件產生對應的電流，電流大小與光強對應，因此感光元件直接輸出的電信號是模擬的。在CCD傳感器中，每一個感光元件都不對此作進一步的處理，而是將它直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，結合該元件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推，直到結合最后一個感光元件的信號才能形成統一的輸出。由于感光元件生成的電信號實在太微弱了，無法直接進行模數轉換工作，因此這些輸出數據必須做統一的放大處理—這項任務是由CCD傳感器中的放大器專門負責，經放大器處理之后，每個像點的電信號強度都獲得同樣幅度的增大；但由于CCD本身無法將模擬信號直接轉換為數字信號，因此還需要一個專門的模數轉換芯片進行處理，最終以二進制數字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。而對于CMOS傳感器，上述工作流程就完全不適用了。 CMOS傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光照、產生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉換成對應的數字信號。換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可產生最終的數字輸出，所得數字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發生在這里，CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無法保證每個像點的放大率都保持嚴格一致，致使放大后的圖像數據無法代表拍攝物體的原貌—體現在最終的輸出結果上，就是圖像中出現大量的噪聲，品質明顯低于CCD傳感器。

CCD：電荷藕合器件（Charge CoupLED DevICe），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。

CMOS：互補型金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide SEMIconductor）和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現雜點, 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產生過熱的現象。

CCD的優勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的廠商能夠掌握，所以導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數的消費級別以及高端數碼相機都使用 CCD作為感應器；CMOS感應器則作為低端產品應用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產的攝想頭使用CCD感應器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應器變成了人們判斷數碼相機檔次的標準之一。

CMOS影像傳感器的優點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優異的影像品質，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小。

噪點：由于CMOS每個感光二極管都需搭配一個放大器，如果以百萬像素計，那么就需要百萬個以上的放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪點就會增加很多，影響圖像品質。

耗電量：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出；而CCD傳感器為被動式采集，必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12~18V，因此CCD還必須有更精密的電源線路設計和耐壓強度，高驅動電壓使CCD的耗電量遠高于CMOS。CMOS的耗電量僅為CCD的1/8到1/10。

成本：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節省外圍芯片的成本；而CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個像素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的制造成本會高于CMOS傳感器。

CCD與CMOS傳感器的前景CCD在影像品質等方面均優于CMOS，而CMOS則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異將逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來更加美好的數碼影像世界。

暗電流：暗電流是在沒有入射光時光電二極管所釋放的電流量，理想的影像感應器的暗電流應該是零，但是，實際狀況是每個像素中的光電二極管同時又充當了電容，當電容慢慢地釋放電荷時，就算沒有入射光，暗電流的電壓也會與低亮度入射光的輸出電壓相當。暗電流是影響畫質的因素之一。

隨著數碼相機、手機相機的興起，圖像傳感器正逐漸成為半導體產品中最耀眼的明星之一，而在圖像傳感器中，日商所獨占的CCD傳感器與百家爭鳴的CMOS傳感器都在盡力克服自身的缺點，希望成為市場上的主流技術。鑒于此，本文將首先簡介CCD與CMOS傳感器在原理方面的差異，再探討領導廠商的技術發展藍圖，了解這些不同的圖像傳感器在應用市場上的發展趨勢。

CCD與CMOS傳感器技術區別

CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進行光電轉換，將圖像轉換為數字數據，而其主要差異是數字數據傳送的方式不同。

CCD傳感器中每一行中每一個象素的電荷數據都會依次傳送到下一個象素中，由最底端部分輸出，再經由傳感器邊緣的放大器進行放大輸出；而在CMOS傳感器中，每個象素都會鄰接一個放大器及A/D轉換電路，用類似內存電路的方式將數據輸出。

造成這種差異的原因在于：CCD的特殊工藝可保證數據在傳送時不會失真，因此各個象素的數據可匯聚至邊緣再進行放大處理；而CMOS工藝的數據在傳送距離較長時會產生噪聲，因此，必須先放大，再整合各個象素的數據。

由于數據傳送方式不同，因此CCD與CMOS傳感器在效能與應用上也有諸多差異，這些差異包括：

1. 靈敏度差異：由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路)，使得每個象素的感光區域遠小于象素本身的表面積，因此在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。

2. 成本差異：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節省外圍芯片的成本；除此之外，由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個象素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。

3. 分辨率差異： 如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜，其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時，CCD傳感器的分辨率通常會優于CMOS傳感器的水平。例如，目前市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸為1/2英寸，象素尺寸為4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸與OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率卻能高達513萬象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。

4. 噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲就會增加很多，影響圖像品質。

5. 功耗差異：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動式采集，需外加電壓讓每個象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加 power IC)，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。舉例來說，OmniVision近期推出的OV7640(1/4英寸、VGA)，在 30 FPs的速度下運行，功耗僅為40mW；而致力于低功耗CCD傳感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸、CIF等級的產品，其功耗卻仍保持在90mW以上，雖然該公司近期將推出35mW的新產品，但仍與CMOS傳感器存在差距，且仍處于樣品階段。

綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異有逐漸縮小的態勢，例如，CCD傳感器一直在功耗上作改進，以應用于移動通信市場(這方面的代表業者為Sanyo)；CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應用于更高端的圖像產品，我們可以從以下各主要廠商的產品規劃來看出一些端倪。