摄像机用来成像的感光元件叫做Image Sensor或Imager。目前广泛使用的2种Image Sensor是CCD和CMOS Image Sensor（CIS）。在数码摄影机市场上已经广泛应用了CCD技术，但是CCD需要消耗大量的能量和相当多的支持芯片。所以CMOS Image Sensor应运而生。其每个像素都可以进行自己的电荷转换，从而显著减少产生图像所需要的能量和支持电路。此外，CMOS Image Sensor采用与大多数微处理器和存储器芯片相同的材料和技术制造，使其更容易制造并且更具成本效益，所以被手机以及其它移动产品广泛使用。
CMOS Sensor 原理
CMOS 是英文Complementary Metal Oxide Semicondutor (互补金属氧化物半导体)的缩写，这是一种主流的半导体工艺，具有功耗低、速度快的优点，被广泛地用于制造CPU、存储器和各种数字逻辑芯片。基于CMOS 工艺设计的图像传感器叫做CMOS Image Sensor（CIS），与通用的半导体工艺尤其是存储器工艺相似度达到90%以上。
CMOS图像传感器采用CMOS开关来切换各个光电二极管的信号，每一个像元由一个光电二极管和一个CMOS开关构成。当行驱动电路选中某一行时，此行像元输出信号的CMOS开关导通，其余行的CMOS开关不导通，此行像元的光电信号传输到列选多路器。列选多路器也是由一系列的CMOS开关构成，依次将此行的信号顺序联接到输出端，完成一列信号的顺序读出。
CCD图像传感器
CCD 器件实质上是一种模拟移位寄存器。其原理是在时钟的控制下，将信号电荷由一个势阱转移到另一个势阱，从而实现模拟信号的移位转移。CCD 图像传感器利用CCD 器件的信号转移功能来实现电扫描。信号的多路转换由垂直转移CCD 器件及水平转移CCD 器件两部分组成。在实际的CCD图像传感器中，光电转换器件与垂直CCD 器件是集成在一起的。垂直CCD 器件将每一行的光电二极管信号顺次转移到水平CCD器件上；而水平CCD器件将这一行信号转移到输出端。重复以上过程，形成一场图像信号。
CCD与CMOS图像传感器的比较
CCD 器件通常只有一个电荷-电压转换器（Charge-Voltage Converter），当Sensor读出像素数据时，每一行像素中积累的电荷需要在行电压的控制下一步步“蠕动”到下一行，直到最终抵达阵列所属的行缓冲（Row Buffer），然后开始在列电压的控制下继续一步“蠕动”到阵列出口处的电荷-电压转换器，完成读出过程。CCD的一个主要优点在于所有像素共享同一个电荷-电压转换器，所以像素一致性非常好。相比之下CMOS每个像素都有自己专用的电荷-电压转换器，一致性很不容易控制。当CCD像素数多于200万时，所有像素共用一个电荷-电压转换器会严重影响读出速度，所以此时会考虑把像素设计成两个或四个阵列，每个阵列配备专用的行缓冲和电荷-电压转换器，可以成倍加快读出速度。
评论