[ 導讀 ] 圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。在模擬監控時代，CCD占有絕對優勢，其靈敏度高、解析力強、信噪比高、低照度效果好。

    圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。在模擬監控時代，CCD占有絕對優勢，其靈敏度高、解析力強、信噪比高、低照度效果好。但到了網絡攝像機時代，CMOS的呼聲日益走高，低廉的價格、快速提升的技術水平，讓其大有取代CCD，成為高清時代霸主的勢頭。那么，CCD與CMOS，到底誰會稱霸江湖呢？本期行家視點邀請了索尼中國專業系統集團產品經理秦杰、韓國NEXTCHIP總裁金敬洙、比亞迪股份有限公司銷售經理黃振中、深圳英飛拓科技股份有限公司市場部產品經理曾小偉、北京愛銳康特技術有限公司市場總監高默冉、深圳波粒科技股份有限公司客服部主管匡全慰、安維安防華北區域銷售總監李文博、天敏科技安防產品經理高明共同探討。

    CCD與CMOS，孰優孰劣？

    CCD與CMOS圖像傳感器是生產監控攝像機必須選用的元器件，經過多年的積累，廠家對它們各自特點已非常熟悉。那么，CCD與CMOS各自有什么優勢、劣勢呢？

    秦杰：CCD的優勢是靈敏度高、色彩還原真實、整體圖像品質好、噪點控制好，劣勢是功率稍大、成本高；CMOS優勢是信號讀出速度快、無垂直拖尾、低功耗、集成度高，劣勢是有固定模式噪點，靈敏度較低。

    李文博：CCD的特點是，其為單一感光器所以靈敏度在等同面積下較高，成本高，連接復雜度低，解析度高，其為單一放大所以噪點低，需外加電壓故功耗高。信息讀取方式上，CCD需外部電路控制，較為復雜；CMOS的特點是，由感光器連接放大器所以靈敏度低，成本低，噪點較高，功耗較低，其直接讀取電流（或電壓）信號，速度是CCD的10倍以上。

    曾小偉：CCD有效感光單元面積大，靈敏度強、分辨率高、低照度下效果好。電信號經過放大器統一放大，噪點低，信噪比高；CMOS傳感器每個感光像素可直接經過ADC放大，處理速度快、耗電量小、功耗低，同時，工藝制作簡單、成本低。

    寬動態、低照度、清晰度、色彩還原等主要取決于攝像機傳感器和DSP的圖像處理能力。對于CCD來說，低照度、清晰度、色彩還原效果較好，但寬動態多通過兩種快門速度取像合成來實現，不及CMOS傳感器通過設置數字電平閥值的寬動態效果。

    匡全慰：CCD靈敏度高、畸變小、壽命長、體積小、無殘缺、CCD廣泛使用在數字攝影、天文學，尤其是光學遙測技術；CMOS具有讀取方式簡單、速度快、集成度高、高動態范圍等特性。

    CC[FS:PAGE]D攝像機光感性能更好，在光線不足的環境下成像效果比CMOS好，目前CMOS需要達到CCD同樣的效果，需采用低照度技術做后端的處理。同時CCD的色彩還原度更好，使得圖像更加逼真。

    高明：二者差異主要體現在靈敏度、成本、噪聲、功耗等幾個方面。在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器；CCD傳感器的成本比CMOS傳感器高；相同尺寸的CCD傳感器分辨率通常優于CMOS傳感器；CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。

    黃振中：CCD稱為“電荷耦合器件”，CCD實際上只是一個把從圖像半導體中出來的電子有組織地儲存起來的方法。CMOS稱為“互補金屬氧化物半導體”，CMOS實際上是將晶體管放在硅塊上的技術。CMOS傳感器不需要復雜的處理過程，直接將圖像半導體產生的電子轉變成電壓信號，因此就非常快。這個優點使得CMOS傳感器對于高幀攝像機非常有用，高幀速度能達到400到2000幀/秒。這個優點對于眺望高速移動的物體非常有用。

    二者技術更新的亮點

    一款產品未來發展，僅僅看其現有特性是不夠的，其技術更新速度、技術更新方向，更決定了其未來市場格局。CCD與CMOS圖像傳感器各自在技術更新方面有什么亮點呢？

    金敬洙：CCD技術更新方向包括，增加像素、提高傳感器的靈敏度、WDR(或者HDR)傳感器的出現。1.增加像素。CCD傳感器是根據模擬影像傳輸方式的NTSC/PAL制式來決定它的像素，并且以510H，760H像素的傳感器作為市場的主流。但最近由于索尼的市場推動政策，逐漸形成960H傳感器的市場。與760H傳感器相比，雖然960H傳感器的引進提高了100TVL以上水平分辨率，但因DVR設備的視頻輸入是720H的水平分辨率，區域受限制，所以錄制/播放的圖像質量仍然是720H級的分辨率，這點是需要解決的問題。不過，相信在不久的將來是可以解決的。2.提高傳感器的靈敏度。CCD傳感器制造商在不斷地提高靈敏度，而且與傳統的產品相比，CCD傳感器的靈敏度已經提高了2.5倍以上。這使低照度環境下的視頻監控環境得到了很大的改善。3.WDR(或者HDR)傳感器的出現。通常，使用背光補償技術時，在一個區域內出現照度差別較大的情況下，圖像傳感器一般不得不針對其中一種極端條件進行優化，代價則是另一種條件下的性能被降低。但如果使用WDR傳感器，即使在同一區域內出現極暗、極亮環境下都可以清晰地捕捉圖像。[FS:PAGE]但是，為了使用WDR傳感器，必須要使用能夠針對一個圖像可以進行多重曝光控制（長時間曝光和短時間曝光），并且可以把多重曝光的多個圖像合成單一圖像的攝像機ISP。現在模擬CCTV市場中SONY公司的市場操縱力是最強的。就CCD傳感器在市場上的發展方向而言，目前，業界存在根據SONY公司的政策而決定的傾向。

    CMOS技術更新包括提高傳感器的靈敏度、在小的OpticalSize中實現高靈敏度、引進高速傳輸接口及增加最大幀率、WDR(或者HDR)Sensor的出現、引進GlobalShutter方式。1.提高傳感器的靈敏度。與CCD相比，靈敏度性能稍差一些的CMOS傳感器，通過持續靈敏度性能的調整，已經開始相繼出現了可以在低照度環境下存在低噪點，捕獲高靈敏度圖像的產品。這些靈敏度性能的提高，讓CMOS傳感器低靈敏度而使使用環境受限制的環境壁壘問題逐漸消失。2.在小的OpticalSize中實現高靈敏度。監控系統中通常使用的傳感器的OpticalSize是1/4英寸和1/3英寸，尤其是在高清級傳感器的情況下，普遍出現1/3英寸，但現在也有出現即使將OpticalSize縮小到1/4英寸，也可以確保相同靈敏度的傳感器。隨著傳感器OpticalSize的減小，高價的Mega級別的CMOS傳感器的價格也出現了下降。3.引進高速傳輸接口及增加最大幀率。隨著從高清級傳感器中輸出的原始數據量增大，最大幀率也隨之增加，高速串行傳送需求逐漸興起，因此，逐漸出現了采用從現有的并行接口轉換成串行接口的SubLVDS產品。最大幀率也從原來的高清級傳感器的15frame/sec（幀/每秒）提高到現在的60frame/sec以上，已經達到可以實時傳輸百萬級圖像的水平。4.WDR(或者HDR)Sensor的出現。現已有內置LogicBlockDesign的CMOS傳感器，在此特性基礎上，CMOS傳感器可以直接輸出WDR圖像信號給ISP，無需ISP處理,所以安防制造商離帶有WDR功能的高清CMOS攝像機越來越近了。5.引進GlobalShutter方式。通常，CMOS傳感器主要使用行曝光形式的卷簾快門（Rollingshutter）方式。由于RollingShutter方式，在平移或者傾斜攝像機時，圖像的上半部跟下半部不會按照垂直方向排列，而是出現傾斜的Jello現象，降低圖像的質量。目前，一些Automotiveapplication中會使用擁有D1級分辨率的GlobalShutter方式的CMOS傳感器。在不久的將來，會出現應用GlobalShutter方式的高清級別的CMOS傳感器，這也將會突破應用CMOS傳感器的環境壁壘問題。

    黃振中：CCD的規格影響成本與設計，越來越多的LCD寬熒幕為了滿足人類視覺比[FS:PAGE]例，跳脫傳統4：3的規格走向16：9/16：10及更寬廣的界線。有人說，模擬監控，CCD稱王；高清監控，CMOS后來居上。現實情況是這樣嗎？企業們會如何選用二者，安排其崗位呢？然而，大多數DSC消費型數位相機的CCD長寬比，依然沿襲二十世紀50年代電視規格標準剛制訂時的4：3的標準（3：2主要仍為DSLR數位單眼機身所采用，另中片幅、專業數位機背享有1：1之正方形特殊規格）。主要原因是這方面設計變更不僅會影響成本，也會牽動至后續相機與鏡頭的設計。CMOS的更新較為靈活，比亞迪為CMOS感光芯片專門開發了“增強型影像處理器”，它使用了一種全新的算法，能夠很好地提升獲取影像的動態范圍，平衡光暗度，表現影像的層次感。所謂“動態范圍”是指一臺攝像機在大范圍亮度（即明暗差別較大）拍攝物體時候的影像再現能力，這是考察數碼攝像機成像質量的一個重要標準，高動態范圍可以在大范圍亮度（即明暗差別較大）實現原始影像真實重現并同時有很好的細節表現力。“增強型影像處理器”把原始的影像信號分離成為“圖像信號”和“亮度信號”，畫面的明暗處被分別優化處理，更加逼真傳神，高清晰的視頻信號就這樣實現了。

    隨著技術的革新，CMOS更好一些，不但最終成品的能耗低，能實現原始影像真實重現且具有很好的細節表現力，可以更好的達到監控的目的；同時產品方案簡潔，成品體積可控性強，適用場合更廣。

    高默冉：從傳感器產品發展來看，目前COMS傳感器新產品、新技術更新速率明顯要快于CCD產品。CCD產品雖然目前在致力于降低成本，但是在未來高清領域內所需要的高清/超高清傳感器方面取得的進展依然是非常有限。而COMS產品借助于已經十分成熟的CMOS工藝，其新技術的發展成果可以很容易地應用到新產品的生產當中去。隨之而來研發和生產轉化周期的縮短也有利于整體市場成本的有效降低。因此一些傳統的老牌CCD廠家（如SONY等）也開始進行CMOS產品的研發工作以保持其新興市場占有率。

    未來CMOS產品將會在WDR方面發揮其固有的優勢，實現更寬動態的圖像捕捉。在CCD傳統優勢的低照度環境下通過不斷增大傳感器開口率，改進圖像放大器工藝流程等措施提升低光圖像的表現力，爭取獲得能與CCD傳感器相匹敵的低光效果。Arecontvision最新產品中的binning技術能夠有效提高低光環境下的信噪比和色彩還原度就是一個明顯的例證。另一方面CMOS傳感器在高清領域不斷研發出1000萬，2000萬，3000萬以上級超高像[FS:PAGE]素傳感器。今后Arecontvision將一如既往地不斷給客戶帶來能夠擁有更高像素、更快幀速率（實時性）和更優異畫質表現的百萬至千萬像素高清工業級監控攝像機，將實時高清晰度的千萬像素級別監控畫面帶進我們的生活。

    模擬陣營與高清陣營，誰是主宰？

    有人說，模擬監控，CCD稱王；高清監控，CMOS后來居上。現實情況是這樣嗎？企業們會如何選用二者，安排其崗位呢？

    秦杰：目前使用CMOS芯片的高清攝像機非常普遍。不管是CCD還是CMOS，都是感光芯片，不存在太多爭議。我們為什么把高清攝像機轉用CMOS？最主要是CMOS的高幀率、高靈敏度更適合高清。索尼利用在CCD方面所積累的經驗與技術，解決了傳統的CMOS芯片具有的缺陷，如噪點、低照度、拖尾等問題。對索尼來說，無所謂用CCD還是CMOS，而是選擇更合適的感光芯片來生產產品。而且，索尼目前還在針對CCD做研發，將來可能還會推出更好的CCD。索尼針對安防開發的高靈敏ExmorCMOS芯片，發揮了它自身特有的優勢，速度快、幀率高、分辨率高、功耗低。針對安防業務的優化，索尼的ExmorCMOS感光芯片有以下幾個特色，一是每列像素的A/D轉換器可以迅速將每列產生的模擬信號轉換成數字信號；二是雙向降噪，它有對模擬的電信號的降噪，還有對轉換成數字信號后的降噪；第三是本身結構的變化，從原來的前照射結構改為背照射結構，這可以有效提高感光效應，使噪點更少，靈敏度更好，圖像更明亮。

    黃振中：由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感，所以CCD更多應用于模擬攝像機；CMOS傳感器可以做得非常大并有和CCD傳感器同樣的感光度，CMOS傳感器非常快速，比CCD傳感器要快10到100倍，因此非常適用于特殊應用，如highlensDSCcamera或者高幀攝像機。

    曾小偉：CCD高清攝像機圖像清晰度高，色彩還原自然，低照效果尤其好；CMOS高清攝像機處理速度快，帶寬要求稍低，在更高像素（300萬像素以上）可選性多。英飛拓高清攝像機CCD和CMOS均有采用，在300萬像素以上攝像機中多采用CMOS傳感器，在卡口監控系統中，多采用CCD傳感器。

    CMOS與CCD結構上的主要差異，在于每個感光元件旁都連著一個ADC（放大兼類比數字信號轉換器），光電轉換后的電信號可以直接放大并轉換成數字信號，省去[FS:PAGE]了多次模數和數模轉換。這一特點應用于網絡攝像機中，優勢體現在提升信號處理速度，便于壓縮編碼，減小傳輸延遲。

    高默冉：從使用性能上來講，COMS傳感器擁有更高的圖像獲取和處理速率，對于圖像高幀率要求的監控領域是至關重要的。Arecontvision作為全球領先的工業級監控攝像機廠家，我們對于監控攝像機在各種嚴酷條件下的穩定性也是十分看重的。CMOS傳感器較低發熱量在溫度較高條件下帶來的熱穩定性優勢也是傳統CCD相機無法企及的。CMOS相較于CCD傳感器其工藝成熟，制造成本低得多，高分辨率面板良品率較高，且功耗只有相同尺寸的1/10左右，其體積小和易編程的特性也給網絡攝像機的系統整合帶來了很大的優勢。

    高明：在標清監控時代，無論是模擬攝像機還是標清網絡攝像機，使用最廣泛的是CCD。而在高清監控時代，情況將會有所改變。高清監控對成本非常敏感，CMOS傳感器盡管圖像品質總體上還不如CCD，但它在成本上的優勢對CCD還是造成了非常大的威脅。當然，兩者博弈的結果最終將由性價比決定，誰既能保證比較好的圖像品質又不貴誰就勝出。從目前的趨勢來看，CMOS勝出的機會明顯更大。一方面，隨著技術的發展，CMOS的靈敏度正在得到快速改善。據悉，目前市場上致力于CMOS研究的廠商已經研發出靈敏度性能與CCD接近的720p與1080p專用CMOS器件。另一方面，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在良率上的優勢可以有效克服大尺寸感光元件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優勢。另外，CMOS響應速度比CCD快，因此CMOS更適合高清監控的大數據量特點。

    金敬洙：模擬攝像機市場傳統上一直使用CCD，并且已經熟悉CCD傳感器的性能，而且也有諸如像NEXTCHIP這樣擁有可以最大限度的提高CCD傳感器性能的多種ISP陣容的芯片廠家。CCD傳感器一直是根據模擬攝像機市場的需求而進行性能改善的。這應該也是因為SET制造商們擁有從低端到高端的產品線，CCD市場也在持續的原因。在要求D1級以下畫質的模擬CCTV環境生產廠家到底偏愛CCD還是CMOS？未來CCD與CMOS到底誰會稱雄？中，似乎CCD傳感器的市場份額明顯增高。這是因為與CMOS傳感器相比，CCD傳感器有更高的靈敏度，低照度環境中存在更好的低噪聲以及使用GlobalShutter方式的CCD傳感器受到的設置環境的影響更小的原因。也可能是因為對于CCD應用，設備制造商對產品越來越熟悉。

    從網絡攝[FS:PAGE]像機市場的角度來看，市場上已經出現能夠滿足安防攝像機功能需求的CMOS傳感器，制造商也有了更多的選擇。CMOS是從手機應用中開始慢慢專業化，從技術上來講，也積累了即使在小體積上也能夠實現杰出的圖像品質的技術。我認為這樣的技術，符合需要高清級圖像質量的網絡攝像機的市場趨勢。對于系統結構復雜的網絡攝像機來講，選擇可以簡化周邊配件的CMOS是正確的。

    在網絡攝像機市場中，對于MegaPixel級別分辨率的市場需求在急劇上升，因此，與少數生產CCD傳感器公司相比，多數的CMOS制造商所面對的監控攝像機的市場正處于白熱化的狀態。因為，以MegaPixel級為主流的網絡攝像機市場中，CMOS傳感器也將成為主流。

    在模擬CCTV市場中占主導地位的CCD制造商們，綜合攝像機模塊可以相對簡單的構成從而對SET制造商們而言進入到該市場也比較容易等特點，開始在網絡攝像機市場中選擇CMOS為主力，這樣也為CMOS成為今后市場的主流奠定了基礎。但是，如交通管制等快速移動的特殊環境下的監控系統上，還是要繼續使用GlobalShutter方式的CCD傳感器。

    未來，CCD和CMOS誰更受青睞？

    生產廠家到底偏愛CCD還是CMOS？未來CCD與CMOS到底誰會稱雄？為什么呢？

    黃振中：隨著CMOS在制造工藝和影像處理技術上的不斷突破，業內對CMOS的前景預測也越來越樂觀。高清數字影像的普及更是CMOS技術發展的一個難得機遇。而且，與CCD相比，CMOS的制造原理更加簡單，體積更小，功耗可以大大的降低，種種跡像表明，圖像傳感器的領域正面臨著一個重大轉折，盡管從目前的狀況看，CMOS與CCD圖像傳感器的應用市場仍然有一個分界，但這個界限似乎越來越模糊。

    李文博：目前在低照度和色彩還原上面，CCD要更勝一籌，其他都基本差不多了。我們更傾向于CMOS。因為CMOS整合集成，成本低、新CMOS技術具有極高解析度，快速--速度是CCD10倍以上。為什么現在所有的國際大品牌數字照相機全部是CMOS的而沒有CCD？這證明在高清領域，CMOS一定是未來的趨勢。另外，CCD的成本要高出很多，這是源于CCD和CMOS本身的制造原理。

    高默冉：CMOS傳感器可以將圖像獲得和圖像處理電路整合在一套電路系統中，相比CCD工藝可以帶來更低的圖像延遲和更低的功耗。CMOS傳感器在具有更高的整合度的同時對于電路加工生產的要求同CCD工藝相比反而有所降低。以上特點非常有[FS:PAGE]利于大規模的商業化生產及應用。因此COMS傳感器在從最高端專業圖像采集直到中低端手機攝像頭等各個領域都得到了廣泛的應用。

    攝像機的寬動態、低照度、清晰度，色彩還原等表現主要取決于傳感器感光面積，曝光時間，圖像后處理等環節。而相對于傳統的CMOS傳感器，Arecontvision新產品中CMOS傳感器已經大幅提高了感光面積，與此同時CMOS傳感器在曝光快門方面的優勢又對于寬動態圖像捕捉擁有技術優勢。另外在技術的持續進步的條件下，通過不斷改進圖像處理單元的工藝制程，CMOS傳感器也在不斷提高在低照度下的色彩還原表現。

    曾小偉：英飛拓模擬和IP標清攝像機多采用CCD傳感器，寬動態攝像機采用CMOS傳感器。高清攝像機兩者兼而有之。CCD工藝制程復雜，生產良率不及CMOS，導致芯片成本高，較CMOS傳感器高出不少。成本是公司產品開發中的一個考慮，同時很重要的還有生產廠家到底偏愛CCD還是CMOS？未來CCD與CMOS到底誰會稱雄？產品效果，根據芯片優勢開發相應產品。從視頻監控的高清化發展趨勢來看，兩者都會得到很快發展。目前看來，高像素CMOS新品推出較快，可能在未來的高清監控中占據比較有利的地位。

    高明：目前我們多采用CCD，主要是從性價比考慮，標清產品CCD的優勢高于CMOS。但從目前的趨勢來看，CMOS勝出的機會明顯更大。一方面，隨著技術的發展，CMOS的靈敏度正在得到快速改善，據悉目前市場上致力于CMOS研究的廠商已經研發出靈敏度性能與CCD接近的720p與1080p專用CMOS器件。另一方面，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在良率上的優勢可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優勢。另外，CMOS響應速度比CCD快，因此更適合高清監控的大數據量特點。

    匡全慰：CCD集成在半導體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱作金屬氧化物的半導體材料上，兩者的工作原理并沒有本質的區別。開發初期，CMOS存在靈敏度低、成像效果差等問題，但后期通過技術的改進，目前已經和CCD差距很小了，而其價格比CCD卻要便宜很多。這也是目前消費電子類產品使用CMOS的主要原因。此外，CMOS光電傳感器經過光電轉換后直接產生電流或電壓信號，信號讀取十分簡單，而且在采集光信號的同時就能傳輸信號，比CCD要快很多。

    金敬洙：單純從監控攝像機的市場來看，目前CCD的出貨量仍然大于CMOS，比例大[FS:PAGE]約為9:1。特別是，1/3英寸25萬像素的CCD占據總出貨量的45%，1/3英寸38萬像素CCD的出貨量為20%。但是從監控攝像機市場中的網絡攝像機市場來看，情況是相反的。CMOS傳感器的出貨量占據總出貨量的70%，而CCD傳感器只維持30%的比例。預計到2013年，CMOS傳感器的出貨量將達到90%以上。預計，今后網絡攝像機市場會以720p和1080p輸出分辨率作為主流，特別是在1080p高分辨率市場中，CMOS傳感器的市場份額將會達到100%。

    關于CCD與COMS傳感器的應用趨勢，真的很難進行預測。對于同時生產CCD與CMOS的廠家來講，也應該是很難判斷的。但可以肯定的是，生產手機應用的CMOS廠家，會不斷優化D1級分辨率的CMOS傳感器(改善靈敏度,附加HDR功能,etc)，并沖擊模擬CCTV市場。這個從主要的CMOS傳感器制造商Aptina或者Omnivision的產品的發展方向中也可以看出。從生產模擬CCTV使用的CCD傳感器的廠家立場來看，今后CMOS會在價格上更加有競爭優勢，并且也會持續生產提高性能和靈敏度的產品，對于要求Mega級圖像質量的網絡攝像機市場來看，CMOS傳感器將掌握整個市場。即CMOS傳感器會加速攻擊現在CCD所掌握的監控攝像機市場的各個領域。

    結束語

    CCD與CMOS，二者共存于市場很多年了。目前大部分企業已經達成共識--CMOS更適合網絡高清攝像機要求。在這個背景下，二者相爭就成了網絡高清攝像機與模擬攝像機之爭。雖然現在CCD在出貨量上仍然占有很大優勢，但隨著網絡化、高清化的到來，CMOS也許會成為未來監控攝像機的主流。

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