工业视觉-CCD相机和CMOS相机成像的本质区别

1.CCD的功耗高，CMOS的功耗低
2.CCD速度较CMOS慢
3.CCD的画质优于CMOS
4.CCD的高感画质低于CMOS

在学习工业视觉的起初，一般都是先去了解光源、镜头、相机等概念，在接触工业相机时看到两个概念，即CCD相机和CMOS相机，在网上搜寻了一些资料查询，但都不能很好的对两个概念作本质和直观的解释，下面我根据搜寻的资料进行整合，来介绍下此两种相机成像的本质区别。

概念还是要先提一下：
CCD，英文全称：Charge coupled Device，中文全称：电荷耦合元件，可以称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。

CMOS，英文全称：Complementary Metal Oxide Semiconductor，中文全称：互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。应用在数字影像领域中，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来。
市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。

好了，这些概念寒暄完看两张图片：

这是涡轮螺旋桨在高速运转时分别通过CCD相机CMOS相机拍摄的视频截图。
通过对比，两者都有高速造成的模糊，但很直观的能够看到两者的模糊方式有明显的不同。CCD相机能够尽量保持物体原轮廓，但是CMOS相机看不出来是什么类型的模糊。

通过查阅资料看到，CCD相机是全局曝光，而CMOS相机是卷帘曝光。
全局曝光是传感器上所有像素在同一时刻开启曝光并在同一时刻曝光结束，将物体某时刻的状态成像，对运动物体而言，类似于将物体冻结了，所以适合拍摄高速运动的物体。
卷帘曝光是逐行（hang）顺序开启曝光，不同行间曝光的开启时刻有个很小的延迟，所以不适合运动物体的拍摄。

根据成像的区别可以得到如下两条区别：

1.CCD的功耗高，CMOS的功耗低

本质原因就还是成像方式的区别，由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。

2.CCD速度较CMOS慢

CCD采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。

两者做工工艺上的区别导致CCD的画质优于CMOS。

3.CCD的画质优于CMOS

CCD每行像素共用一个“放大器”来进行信号处理，而CMOS则是每个像素单独配备一个放大器，因此同面积下CCD的感光区域要远大于CMOS（毕竟CMOS上要留出更多空间给那些复杂电路）。因此，CCD的画质的会确比CMOS好。

4.CCD的高感画质低于CMOS

CCD的传感器普遍发热量大，尤其是高感光度下更是发热严重，这就导致CCD传感器的热噪点很高，画质下降。而CMOS的功耗则低得多，发热量也就低得多，因此在高感画质上CMOS的画质反而有优势。

查找资料还有以下区别：

参考文献：
参考1
参考2
参考3

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