非可见光成像 - CCD和CMOS主要技术分析

　　CCD和CMOS感光器在对可见光以外的光谱成像方面也有很大的不同，如红外光(IR)射到传感芯片上时会比可见光打得更深，因此要想充分收集这些电荷，就需要将硅衬底做得更厚些。这对于CCD芯片，在工艺上会容易些。而对于CMOS，工艺还会有些问题。将感光部分硅衬底做得更厚，意味着要将其他的光电二极管做得同样厚，这样会影响这些控制门、放大器等器件的性能。

　　对于紫外光(UV)，无法透过大多数集成电路电极层，或者是电路电机层对紫外线根本不响应。这就导致如果采用前照的方式，紫外光引起的响应会很弱，要解决这个效应问题，可以通过去掉基底层，采用背照的方式来实现。CCD感光器的减薄技术已经非常成熟，而CMOS的减薄技术也取得了很大的突破。

　　CCD还是CMOS?作出选择

　　从CCD和CMOS感光器对电子快门、帧率、微光成像及非可见光成像的不同工艺技术所带来的不同影响，可以不难看出，选择CCD或CMOS传感器应取决于具体应用(图2)。对于需要微光或非可见光成像的应用，CCD技术的优势非常明显;对于需要高帧率和低能耗的应用，或需要对一些感兴趣区域成像的应用，CMOS则是更好的选择;如果对电子快门有特别的需求，这两种技术则各有利弊。

　　图2 CCD内部结构图

　　可以看到，对于交通抓拍而言，传感器必须要Global shutter的，这样才能避免车牌的变形(图3);同时，如果对夜间效果要求比较高，最好是选择灵敏度高的传感器(CCD或者高端CMOS芯片);而为了避免产生拖影挡住车牌，应选择CMOS，以有效弥补这个缺陷;而对于视频监控而言，图像的实时性和流畅性更为重要，所以帧率更具优势的CMOS就成为最佳选择。

　　针对交通抓拍和高清视频监控，现在有厂商推出将各类主要成熟技术集成在高端CMOS传感器上的整体解决方案。

　　CMOS后劲勃发

　　CCD和CMOS的主要区别是感光单元及读出电路结构不同而导致制造工艺的不同。CCD感光单元实现光电转换后，以电荷方式存贮并以电荷转移的方式顺序输出，需要专用的工艺制程实现。CMOS图像感光单元为光电二极管，可在通用CMOS集成电路工艺制程中实现，除此之外还可将图像处理电路集成，实现更高的集成度和更低的功耗。

　　由于CCD技术出现较早，相对成熟，占据了绝大部分的高端市场。早期CMOS与CCD相比，仅只功耗与成本优势，现在随着CMOS技术的不断进步，性能已不断提升，而CCD技术提升空间有限，进步缓慢。

　　目前，图像传感器技术趋势是向高速发展，而CMOS是高速成像所青睐的技术。有资料说，高速图像传感器有三大发展动向，一是向超高速、二是向单片上多功能集成、三是向通用高速图像传感器方向发展。

　　现在，CMOS不仅占据几乎全部的便携产品和部分高端DSC(Digital Still Camera)市场，更是向CCD传统优势市场——监控市场发起了冲击。

　　结语

　　CMOS作为上升的感光传感器技术，尽管现在仍有一些性能比不上CCD，但CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质区别，CCD制造工艺较复杂。目前CCD和CMOS实际效果的差距已大大缩小，与CCD相比，CMOS体积小、耗电量低、成本低廉;CMOS是标准工艺制造，可利用现有半导体设备，品质可随半导体技术的提升而进步;CMOS传感器具有高度系统整合的条件，即图像传感器所需的功能，都可集成在一颗晶片上。