CCD(電荷耦合器件)是最常用的光敏器件，廣泛應用於掃描儀、數碼相機、數碼攝像機等產品中。CCD器件通過光電效應收集電荷，每個像素的電荷隨時鐘信號送入模擬移位寄存器，然後串聯轉換成電壓。大部分矽片面積用於光收集，收集的光越多，釋放的電荷越多。在設計中，CCD器件應具有很高的信噪比、光敏靈敏度和良好的動態範圍。為了實現這個目標，我們需要壹個特殊的處理器，高電壓，多個電源和偏移，以及像素的緊密排列，以形成高分辨率的陣列。CCD的生產工藝復雜，成品率低，成品率低，導致成本高，所以CCD器件非常昂貴。
CMOS(互補金屬氧化物半導體)器件是壹種可以大規模生產的集成電路。具有產量高、價格低的特點。與CCD相比，CMOS器件技術有壹些明顯的特點:
1，高集成度
CMOS器件可以將相機所需的幾乎所有捕捉功能集成在壹塊芯片上，因為CMOS器件的成像元件尺寸更小，放電路的地方也更多。它甚至可以將模數轉換控制芯片集成在壹起，因此圖像數據不必在迷宮般的電路中四處發送，從而大大提高了捕捉速度。而且CMOS器件更節能，功耗只相當於CCD的1/8。
2、有優惠價。
CMOS器件結構簡單，產量高，制造成本低。這樣，CMOS器件在價格上比CCD更有優勢。目前只有索尼、富士等五大公司能生產CCD。但是對於CMOS器件，任何0.35微米工藝的企業都可以生產，競爭會降低價格。目前30萬像素的CMOS傳感器已經降到20美元左右，比CCD還便宜，百萬像素市場價格很快就會下來。
3.相對缺點
與CCD器件相比，CMOS器件也有它的缺點，比如對光的靈敏度差，信噪比低，在成像質量上很難與CCD抗衡。然而，新的CMOS器件不斷推出，高動態範圍CMOS器件已經出現。這項技術不需要快門、光圈、自動增益控制和伽馬校正，其他技術在每個像素上放置壹個ADC以降低噪聲。主動像素傳感器(APS)技術提高了信噪比和成像效率，接近CCD的成像質量。當然，目前高端數碼相機中CMOS器件還無法與CCD抗衡。然而，在消費數碼相機市場，CMOS器件已經成熟，並將在未來幾年內成為低端數碼相機市場的主導技術。
CCD技術:確保出色的圖像
CCD(電荷耦合器件)——電荷耦合器件是貝爾實驗室在1969年發明的。像PMT(光電倍增管)-光學倍增管，都是非常成功的電子圖像傳感器，也叫光學傳感器。CCD和PMT已廣泛應用於許多科學產品中，如傳真機、掃描儀和天文望遠鏡。而CCD更多用於數碼相機、攝像機等小型化產品。傳統CCD的工作原理就像壹臺復印機，利用高亮度光源依次通過反射鏡、投影儀和分光鏡，將原稿反射到CCD元件上。CCD的結構可以比喻成壹個巨大的旋轉燈籠，上面並排排列著許多窗口，測量從每個窗口按壹定順序進入的光線。早期的CCD基本都是隔行掃描，所以圖像精度不高。目前通常是逐行掃描，從而保證了較高的分辨率。CCD雖然只有硬幣大小，但是非常耐用。
采用CCD技術的傳感器壹般分為兩類，即通用CCD傳感器和專用CCD傳感器。
矽片和專業大尺寸CCD傳感器組裝通用CCD傳感器在CCD相機方面有了很大的進步。起初，CCD攝像機的工作電壓為+24V、+22V、+12V和+5V。隨著計算機和網絡技術的飛速發展，為了配合PC攝像頭和網絡圖文傳輸，壹般分為+12V和+5V兩種工作電壓，其中壹般工作電壓為+12V。為了降低成本，提高CCD相機的質量，現在很多廠商都在致力於CCD相機的小型化和數字化。多層板和多芯片集成模塊化制造技術實現了CCD相機的小型化。DSP數字處理代替模擬系統的實現也使CCD相機的數字化成為現實。與此同時，CCD相機的產品也日益多樣化，如家用攝像機、電視電話、掃描儀、PDA、數碼單反相機(DSC)等。特種CCD傳感器的主要產品是電子轟擊CCD和EBCD。
CCD應用:確保性能穩定
隨著計算機的廣泛普及，PC攝像頭作為計算機的圖像輸入系統，也正在迅速進入每個家庭。借助網絡，還可以實現視頻和音頻的同步交流。
隨著掃描儀技術的快速發展，掃描儀的性能日益優化，但價格卻越來越低，這使得掃描儀真正進入了尋常百姓家。越來越多的用戶在購買電腦時將掃描儀作為標準配置。掃描儀的廣泛使用提高了各種數據和圖表的輸入速度，也實現了通過互聯網* * *享受數據。
數碼單反相機是近年來發展起來的新產品，是壹種新型的影像拍攝設備。數碼相機用CCD感光器件代替膠片感光成像，其原理是CCD元件的光電效應。在數碼相機中，當光線通過鏡頭傳輸到CCD時，CCD會將其轉換成電信號，再由A/D轉換器轉換成數字信號，傳輸到DSP，最後存儲在記錄介質中。其中，CCD起著非常重要的作用。CCD是數碼相機的核心部件，也是最貴的部件，因為CCD的成本決定了數碼相機的價格。感光器件中CCD元件的數量決定了數碼相機的關鍵性能——分辨率。索尼、富士、奧林巴斯等不同品牌的數碼相機在技術上有很多差異。
高清數碼相機不斷需要更多更小的CCD像素。有鑒於此，索尼為了達到業界最高性能，開發了1/2英寸光學系統的隔行掃描CCD。同時，用戶也對CCD的分辨率、靈敏度(ISO)、信噪比提出了更高的要求。正是在這種環境下，富士膠片公司推出了自己的新型CCD——“超級”CCD。
從20世紀70年代CCD發明到現在，隨著技術的發展，CCD從最初的低分辨率、低圖像精度的隔行掃描，發展到現在的分辨率為1200dpi，甚至3000 dpi的逐行掃描。而且色彩還原越來越豐富，圖像精度也在不斷提高。采用CCD技術的相關產品也在快速發展。現在大部分影像產品都采用了CCD技術，這也反映了它越來越完善和成熟。
CCD技術的新發展——超級CCD技術
原則上，CCD精度越高，拍攝精度越高。同時也是數碼相機分級的核心標準。傳統的CCD技術采用矩形光敏器件規則排列的方式。在保持壹定感光度和信噪比的前提下，如果要提高分辨率，只能增加CCD的面積，這將導致數碼相機的制造成本急劇增加。於是富士開始在CCD技術上下功夫。
富士工程師發現，在我們的眼睛中，光線通過角膜和晶狀體在視網膜上形成圖像，圖像被轉換成神經信號，通過視神經傳遞到大腦。當大腦識別出這些信息時，我們稱之為視覺。數碼相機的光學系統與人眼的結構非常相似。晶狀體的作用相當於眼球，CCD的作用相當於視網膜，LSI信號處理器相當於大腦。受此啟發，研究人員對人類視網膜的空間分辨率特性進行了反復研究，最終產生了超級CCD技術。我們來看看超級CCD技術的特點。
傳統CCD中的每個像素由光電二極管、控制信號路徑和電荷傳輸路徑組成。因為光電二極管是矩形的，所以它的尺寸有限。盡管廠商不斷增加像素數量以提高圖像質量，減少像素和光電二極管的面積，但光吸收的低效成為提高靈敏度、信噪比和動態範圍的另壹個障礙。每個光電二極管都是長方形的，上面的微透鏡是圓形的——形狀不同必然會降低光吸收效率。
超級CCD采用了更好的解決方案:它的像素以45°角排列，形成蜂窩狀圖案。控制信號路徑被取消，為光電二極管留出了更多空間。光電二極管是八角形的，非常接近於微透鏡的圓形，因此可以更有效地吸收光線。超級CCD將不利於圖像記錄的空間降到最低，大大提高了集光效率、靈敏度和信噪比，擴大了動態範圍。
對人類視覺的綜合研究表明，圖像信息的空間頻率功率集中在橫軸和縱軸上，最低功率在45°對角線上。這種效應是由重力和其他因素造成的。這和圖像傳感器的最終效果有很明確的關系——橫軸和縱軸是提高分辨率的關鍵，而對角線上高頻特性的損失對畫質影響不大。
這就是超級CCD的設計思路——以45°角排列像素，呈蜂窩狀。除了提高封裝密度，還提高了水平和垂直分辨率，因此更符合人類視覺的特點。另壹個重要因素是有壹個專門為蜂窩結構開發的LSI信號處理器。超級CCD配合新的信號處理器，將有效分辨率從原來的水平提高了60%。也就是說，壹個只有1.9萬像素的超級CCD，相當於壹個300萬像素的普通CCD。
雖然水平跳讀會大大降低視頻圖像的質量，但傳統CCD由於垂直線讀取速度慢，在輸出視頻時也必須采用跳讀方式。而且傳統CCD水平方向的像素只有兩種顏色，必須讀出兩行數據才能形成顏色。超級CCD的每個像素包含三種顏色的RGB。除了1/2或其他比例的垂直跳讀，還可以進行1/3的水平跳讀，可以獲得每秒30幀的高質量視頻輸出。
在傳統的具有簡單電子快門的CCD中，為了防止相鄰像素之間的電荷混淆，需要三層聚合物塗層來分隔每個像素單元，這種復雜的結構將很難制造。所以通常用機械快門來代替分離結構，兩次讀出像素數據。超級CCD的充電通道更寬，可以高速傳輸數據，所以可以壹次性讀出所有像素的數據，只要壹個簡單的電子快門就夠了。它具有快速準確連續拍攝的潛力。
我們可以通過以下數據證明超級CCD技術在數字成像技術上的發展:分辨率，配合新型LSI信號處理器工作，超級CCD的有效分辨率比普通CCD高60%；感光度、信噪比、動態範圍、放大的光電二極管和更高的光吸收效率，使得這些指標在300萬像素時提升了130%，高光更加豐富；色彩還原，由於信噪比的提高和專門為蜂巢結構設計的LSI信號處理器，色彩還原能力提升50%。
超級CCD為數字影響力的發展和普及帶來了新的挑戰和機遇。首創這壹技術的富士不遺余力地將超級CCD技術應用到最新產品中。目前富士已經推出了第二代超級CCD傳感器，這款芯片已經應用在最新的FinePix 6800變焦上。它有壹個330萬像素的傳感器，可以獲得最大2832×2128像素的圖像文件。FP6800有壹個3倍光學變焦的超級EBC非球面透鏡。它同時具有攝像和錄像功能。它可以捕捉長達160秒的AVI視頻畫面，也可以作為數字錄音機錄制60分鐘的音頻。
CCD技術:面臨諸多挑戰
隨著CCD技術的不斷進步，近年來提出了超級CCD技術。超級CCD技術與普通CCD技術的關鍵區別在於，普通CCD技術采用的是普通的矩形光電二極管，而超級CCD技術采用的是八角形光電二極管，像素采用45°蜂窩狀排列。八邊形光電二極管具有更有效的光吸收，因為它更接近稍微透明的圓形。隨著光電二極管的增加和光吸收效率的提高，CCD的靈敏度大大提高，所以超級CCD技術比普通CCD技術更有優勢。
光電倍增管(PMT)-光電倍增管是最早的電子傳感器。它內置了多個電極，可以將入射光轉化為強大的電子信號。PMT常用於出版行業的掃描儀和其他行業的分析儀。
CMOS技術在1998之後開始應用於電子傳感器、數碼相機等領域。第壹代CMOS原理比較簡單，質量不高。2000年5月，美國Omnivision公司推出了最新的CMOS芯片。新壹代CMOS芯片的靈敏度、信噪比、動態範圍等主要性能指標較第壹代芯片有顯著提高。CMOS價格便宜，外圍電路簡單，所以很多業內人士推測CMOS取代CCD的時間已經不遠了。
CIS接觸式圖像傳感器是另壹種光電轉換器件。它采用發光二極管作為光源和光敏元件，直接與原稿表面接觸讀取圖像數據。CIS結構簡單，通常僅用於掃描儀。
PMT、CCD、CMOS、CIS是目前最流行的電子光敏元件。隨著其他三項技術的提高，CCD在圖像成像領域將面臨更大的挑戰。