cmos图像传感器与ccd摄像器件有哪些主要区别，ccd cmos图像传感器基础与应用

前段时间，佳能发布了高速旗舰EOS R3，它搭载了佳能首款自研的背照式堆叠式CMOS图像传感器，但很多朋友表示堆叠式CMOS已经存在很长时间了。我想有很多人对相机图像传感器没有太多了解，但这次我会讲一下图像传感器的结构。 CCD还是CMOS？在数码单反相机发展的早期，曾有过关于选择CCD图像传感器还是CMOS图像传感器的“争论”。首先，任何图像传感器的原理都是将从外部入射的光信号转换为电信号，并且通过ADC数字转换器将该电信号从模拟信号转换为数字信号。 - 模拟转换器、ISP图像处理处理器处理接收到的信号，处理数字信号，最后输出图像。

CCD的正式名称是ChargeCoupled Device，是美国贝尔实验室于1969年发明的一种电荷耦合器件图像传感器。 CMOS，其正式名称为互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Image Sensor），是一种被广泛用户使用的集成电路设计工艺。相比之下，CCD具有分辨率高、灵敏度好、全局快门早等特点，而CMOS具有集成度高、功耗低、成本低等特点。与CCD产品相比，CMOS是一种标准工艺，可以利用现有的半导体设备，无需额外的资本投资，并且半导体技术的改进有望提高质量。随着技术水平的提高，CMOS图像传感器迅速解决了分辨率和灵敏度方面的劣势，大型元件的价格优势和视频录制的优势变得更加明显，这直接导致了CMOS的全面胜利。

目前，CCD图像传感器主要用于需要特别高性能且成本不成问题的专业领域。例如，天文摄影使用冷冻CCD、医学X 射线成像以及一些需要长时间曝光的科学应用。 10年以上并在社交平台上标榜的二手CCD相机一般都处于“工业垃圾”的级别，同样的价格可以买到一台同时代的全画幅单反相机。强烈不值得购买。

在单反相机数字化之初，各家公司都尝试过使用CCD作为图像传感器，但自从2002年佳能和柯达相继推出采用CMOS图像传感器的全画幅单反相机后，佳能就再也没有采用过CCD。单反图像传感器走的是CMOS路线。

当然，并不是所有厂商都选择CCD或CMOS，Sigma选择了FOVEON X3传感器。 2002年，适马发布了全球第一台搭载FOVEON X3传感器的数码单反相机“SD 9”，时至今日，适马还是唯一一家销售搭载FOVEON X3传感器的相机的公司。

2003年，索尼还没有进入相机市场，但2003年宾得发布的索尼首款数码单反相机“*ist D”就配备了索尼的631万像素CCD，我当时就在场。 2017年，索尼正式停止了CCD图像传感器的开发，但与此同时，索尼最后一款CCD单反相机可以追溯到2010年的索尼390。背照式？你堆起来了吗？这些是什么？如果说CCD和CMOS之间的战争是一场线战，那么背照式CMOS和堆叠式CMOS就是CMOS图像传感器的演变。

如上所述，CMOS的特点是集成度高。因此，许多电影摄影机领域的顶级制造商选择将ADC数模转换器集成到CMOS中，以提高峰值输出性能，取得更好的效果。 2007年，索尼推出了Exmor CMOS，在小型传感器中实现了集成ADC功能，2008年他们推出了著名的IMX028，用于索尼a900和尼康D3X。大约从这个时候开始，索尼CMOS的性能逐渐与外置ADC的佳能CMOS拉开了明显的区别。

2008 年，索尼继续快速发展，发布了BSI 背照式CMOS，索尼将其称为Exmor R。在前照式CMOS时代，拜耳阵列滤光片和光电二极管之间有许多金属连接，阻挡了大量光线进入传感器表面。背照式CMOS结构将金属连接移至光电二极管的背面，使光线不再被阻挡，大大提高了信噪比，并使用更复杂和更大的电路来提高传感器的读出速度。最先受益于背照式CMOS的是苹果的IPHONE 4S，并非相机产品，但后来它开始在1英寸卡片机领域认真使用，佳能、松下也能生产了。独特的CMOS传感器采用索尼背照式CMOS。

继背照式CMOS之后的工艺升级是铜互连工艺，与传统铝互连工艺相比，电阻降低40%，芯片运行速度提高15%，尺寸减小。同时，在芯片中添加互连和层提供了可能性。换句话说，如果没有铜互连工艺，后来的堆叠式CMOS就不会存在。尼康2012年发布的D600采用了IMX128传感器，速度相比尼康D3X有了质的提升，这一进步得益于铜布线工艺。索尼从Alpha 7R II开始推动这一工艺升级。

2012年，索尼发布了堆叠式CMOS结构，并将其命名为Exmor RS。这种结构结合了更多的ADC 和基于背照式CMOS 的DRAM 内存芯片，从而实现更快的CMOS 读取和处理速度。 2015年，索尼发布了RX100 IV，这是一款配备堆叠式CMOS、具有每秒24张超高速连拍性能的卡片相机，随后又发布了进一步进化了堆叠式CMOS的RX100 VII，现已发售。可实现每秒20 帧的连续拍摄，且不会出现黑屏。

从人类的角度来看，这些新工艺包括用于提高抗扰度的集成ADC、用于增加光输入的背照式CMOS，以及用于提高读取速度的铜互连工艺和堆叠CMOS。那么传感器升级点有哪些呢？在相机/手机CMOS领域，索尼仍然遥遥领先于佳能/三星/OV，但有些像Arai的供应商安森美半导体相比高端品牌，索尼、佳能等品牌仍然有还有很多工作要做，我也认为最重要的是佳能成功开发的双增益成像图像传感器技术。

该技术需要在CMOS 中集成双ADC。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，处理器执行HDR合成来合成16位信号。位高纬度图像。 ARAI已经实现这个功能有一段时间了，佳能也在其C70相机中安装了这样的CMOS。目前相机/手机领域还没有这样的产品，但随着时间的推移，它会逐渐变得可用。认为它会被安装。制造商可能会尝试此功能。以上就是本文的内容了，看完本文你对传感器有了解了吗？