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(chǎn)生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應(yīng)。
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(jù)了絕大多數(shù)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(yīng)的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構(gòu)成就比較復(fù)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(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個像點的構(gòu)成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據(jù)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(yuǎn)低于CCD（開口率：有效感光區(qū)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(xiàn)在輸出結(jié)果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內(nèi)容不如CCD傳感器來得豐富，圖像細(xì)節(jié)丟失情況嚴(yán)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(qū)域小得可憐，圖像細(xì)節(jié)丟失情況會愈為嚴(yán)重。因此在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規(guī)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(shù)碼相機市場的重要原因之一。
每個感光元件對應(yīng)圖像傳感器中的一個像點，由于感光元件只能感應(yīng)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(gòu)成由四個像點構(gòu)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(shù)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(shù)方案，都要四個像點才能夠構(gòu)成一個彩色像素，這一點大家務(wù)必要預(yù)先明確。
在接受光照之后，感光元件產(chǎn)生對應(yīng)的電流，電流大小與光強對應(yīng)，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(jié)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(jié)合最后一個感光元件的信號才能形成統(tǒng)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(shù)轉(zhuǎn)換工作，因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理—這項任務(wù)是由CCD傳感器中的放大器專門負(fù)責(zé)，經(jīng)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(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此還需要一個專門的【模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片】進行處理，最終以二進制數(shù)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(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)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(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出，所得數(shù)字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發(fā)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(yán)格一致】，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無法代表拍攝物體的原貌—體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于CCD傳感器。

轉(zhuǎn)載于:https://blog.51cto.com/yangxiaoguang/462827

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的CMOS/CCD图像传感器的工作原理的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。