CMOS和CCD圖像傳感器概述

　　隨著各式消費性電子的興起，圖像傳感器已成為半導體業中最耀眼的明星產品之一，而在圖像傳感器中，CCD傳感器與新興成長的 CMOS Sensor也逐漸找到自己的應用市場，希望成為市場上的主流技術。CMOS圖像傳感器與CCD傳感器相比具有感光度低、信噪比高的缺點，但是其仍具有低功耗、低成本等優點。針對全球Image Sensor (影像傳感器) IC組件市場分析，2010年全球Image Sensor 組件應用市場規模為7.1億美元，在經過金融風暴的影響后，仍持續呈現正成長趨勢。TRI預估在2012年Image Sensor市場之規模將近8.5億美元;Image Sensor市場占比尤以CMOS Sensor之比重為高，平均占比約在9成左右。

　　針對CMOS Sensor市場規模分析，2010年CMOS Sensor 組件整體市場規模為6.3億美元，占整體Image Sensor市場89%，整體市場趨勢平均維持90%的區間范圍。而在各項消費性電子搭載的滲透率偏高的狀態下，未來成長幅度趨緩進入產業成長成熟期，TRI預估CMOS Sensor在2011年年成長率為13%，未來將追求在技術像素及制造成本上的進步。

　　CMOS Sensor為攝像機模塊應用市場最重要的影像傳感器應用組件，其中應用占比最高的為通訊電子商品，占整體CMOS Sensor市場的70%，而CMOS Sensor市場的主要應用包括安全系統、車用系統、PC相關周邊應用、數碼相機等。IPad帶動的平板電腦市場是CMOS Sensor成長最快的應用市場。

　　安防攝像機的應用市場占圖像傳感器市場值1成之間，過去多使用CCD作為影像傳感器，近年來CMOS Sensor的性能不斷提升，開始打入長久為CCD Sensor獨占的市場，主要偏向較低價的安防攝像機。

　　CCD與CMOS的技術特點

　　CCD與CMOS的技術特點主要在于成像過程、集成度、功耗、性能指標等方面。

　　成像過程

　　CCD和CMOS使用相同的光敏材料，因而受光后產生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：CCD是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移，整個電路非常復雜，讀出速率慢;CMOS則以類似DRAM的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

　　集成度

　　采用特殊制造工藝的CCD讀出電路比較復雜，很難將A/D轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上，一般需要多個芯片組合實現，同時還需要一個多通道非標準供電電壓。借助于大規模集成制造工藝，CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上，多數CMOS圖像傳感器同時具有模擬和數字輸出信號。

　　電 源、功 耗 和 體 積

　　CCD需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。CMOS只需一個單電源(3V～5V)供電，其功耗相當于CCD的1/10，高度集成CMOS芯片可以做的相當小。

　　性能指標

　　CCD技術已經相當成熟，而CMOS正處于蓬勃發展時期，雖然目前高端CMOS圖像質量暫時不如CCD，但有些指標(如傳輸速率等方面)已超過CCD。由于CMOS具有諸多優點，國內外許多機構已經應用CMOS圖像傳感器開發出眾多產品。

　　CMOS傳感器關鍵技術取得突破。

　　CMOS傳感器的技術發展跟隨摩爾定律快速發展，尤其是幾年來在市場需求的推動下，關鍵技術不斷取得突破。對于用戶關注的CMOS的照度和噪點等問題，實際上可見光下CMOS的信噪比遠高于CCD。一方面，隨著國際CMOS大廠的不斷改進，CMOS還繼續在成像的通透性、對實物的色彩還原能力等方面迎頭趕上。研發了感光度增強技術，進而通過使用大尺寸傳感器提高開口率，這正是提高CMOS感光能力的最直接辦法。即便是在噪音控制方面，有公司將專門的噪聲檢測算法直接整合于CMOS圖像傳感器的控制邏輯中。通過這項技術，固定噪聲就可以成功剔除了。更何況CMOS的價格遠低于CCD設備。另一方面，在ISP中采用多種技術革新，如去噪技術來提升CMOS的噪點問題。

　　此外，從工藝上來講，CCD每提升100萬像素就需要對其生產線進行改造，研發生產的成本比較高。如果CCD尺寸仍然維持在2/3英寸的話，單位電極的間隙就被限制在0.4微米以內，進而導致制造中產生的損品率與生產成本大幅度攀升。

　　在各主力廠商的不斷努力下，新的CMOS器件不斷推陳出新，高動態范圍CMOS器件已經出現，這一技術消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高分辨率像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對于CCD的停滯不前相比，CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。CMOS圖像傳感器正在向高分辨率、高動態范圍、高靈敏度、數字化、多功能化的多元化的細分市場發展。隨著CMOS圖像傳感器技術的不斷進度，CMOS傳感器在安防攝像機的應用會不斷增大。

　　結束語

　　ISP是CMOS和CCD攝像機中的重要器件，ISP主要負責對傳感器中出來的圖像數據進行后處理。直接從傳感器中得到的圖像是很糟糕的，不論色彩還是細節都與實際圖像有很大差距，只能看到圖像的中物體的大致輪廓。經過ISP的處理，包括內插、去噪、去壞點、邊緣加強、膚色矯正、白平衡等操作后，可以使圖像變的更加細膩，更加貼近真實世界中的圖像。ISP的主要功能包括線性糾正、噪聲去除、壞點去除、內插、白平衡、自動曝光控制等。

　　隨著CMOS傳感器和ISP芯片技術的快速進步，廣大攝像機廠家將會有更多的功能豐富的方案選擇，CMOS傳感器在安防攝像機中將會得到越來越多的應用。