相机大百科 CMOS替代CCD的三大理由

CCD与CMOS之争伴随着数码相机整个时代的发展，虽然从2008年开始，CMOS已经有了非常明显的垄断之势，不过目前仍然有少数机型采用高端的CCD传感器作为核心。CCD与CMOS的战争，有人说是画质之战，也有人说是应用之战，还有人说是成本之战，你认为呢？我们今天的这篇文章就来讲一讲CCD与CMOS传感器的那些故事。

在整个数码相机的历史当中，CCD可以说是很长时间的主角，20世纪的数码相机史中罕有CMOS传感器的身影。于2000年5月17日发布的佳能D30可以算是CMOS传感器历史上最大的转折点，正是因为这款产品的出现，才让我们意识到原来CMOS也可以有相当优秀的效果。

这里我先来简单解释一下什么是感光元件，感光元件实际上与我们常见的太阳能电池有一些类似之处，整块感光元件就是一个太阳能电池矩阵，像素就是矩阵的数量，感光元件按照前方的亮度和色彩排布进行充电，之后统计每个电池的电量，最终得出对应的亮度和色彩。

CCD与CMOS两个词并非完全对等，它们最大的区别在于工艺。相比之下，CCD比较简单纯粹，而CMOS内部则拥有更加复杂的电路、具备更多的变数、更好的扩展性以及更多的干扰因素。

首先我们来说说CMOS相对CCD传感器的最大优势，那就是成本。当然CMOS和CCD的成本并不能一概而论，由于CCD工艺比较简单，所以不需要进行比较复杂的“基础建设”，可以在无太多负担的情况下生产。

而生产CMOS则需要对产线进行一定的“基础投入”，在生产之前就已经投入了一定的费用。

不过，生产单位数量的CMOS的成本却要比CCD容易很多。因为CMOS的工艺更加符合目前流水线生产的理念，所以生产成本可以控制得更低。也就是说生产少量传感器，CCD成本更低；生产大量传感器，CMOS更低。由于目前用到感光元件的地方越来越多，销量也越来越大，因此CMOS在规模效应下可以很好的显现出自己的成本优势。

第二个优势就是采样速度，也就是我们常说的连拍背后的东西。采样速度可以简单的理解为这块传感器以最高的像素、最高的位深、最高的速度输出的能力，与这个参数息息相关的就是传感器具备多少通道，通道多基本就等于采样能力高。

CCD传感器由于天生的工艺限制，输出规格很难提高，即使提高了也会引出来各种各样的问题，而且发热和功耗也是没有办法避免。所以我们可以看到无论是佳能还是尼康都只在第一代高速专业级单反上使用了CCD传感器（佳能EOS-1D、尼康D1X、D1H、D1），后续则全部换为CMOS（尼康D2Hs、D2H也使用了与CMOS类似的JFET LBCAST）。

CMOS传感器本身就具备很强的扩展性能，所以想要提高采样能力也不是多么难的事情，现在的小型数码相机很多都具备每秒钟10张最高像素的拍摄能力。事实上如果将目前的传感器实力压榨到极限可以达到每秒钟30张的水平。

同时，这种高速度也给我们日后实现更多的功能打下了伏笔。比如现在很多手机和相机都支持摁一下快门拍摄多张照片然后选择的功能，多帧降噪要依赖尽可能高的连拍速度去减小位移造成的影响，一些边拍边摄功能也是依赖这些东西存在的。现在的人们已经越来越依赖这些功能，所以对于高速传感器的依赖也是越来越大了。

由于CCD传感器的工艺相对“原始”一些，所以功耗也是一个很大的问题。使用CCD传感器的产品天生在功耗上弱势一些，尤其是一些高速CCD传感器。

在手机、平板和一些移动设备上耗电问题肯定会成为重中之重，所以我们可以看到移动设备对于CMOS的热衷程度要远胜于相机，在相机还有不少CCD残留的情况下，移动设备已经全面换成了CMOS传感器。

不过，虽然CCD在功耗方面表现不够理想，毕竟还是有一些不太在乎功耗的领域继续使用CCD传感器。比如现在的中画幅相机，比如一些工业类设备，这些设备继续使用CCD传感器也是因为一些特殊的技术原因，不过可以想到的是，它们也会在一定时间之后被CMOS所替代。

CMOS替代CCD从现在来看已经是一个不可逆转的趋势了，以上的原因可以说是表象上最容易被理解也是最大的，实际上也有一些未来发展上的东西。索尼最新推出的堆栈式传感器让感光元件的集成度又上了一个高峰，也就意味着感光元件今后可以连ISP等东西一起集成进来，这才是发展中的关键。

CMOS传感器发展了这么多年，由于一些技术上的局限性，始终做不到CCD传感器的低干扰，所以在某些情况下我们还是会觉得CMOS传感器无法实现CCD传感器那样低那样纯净的低感画质。虽然从数据上来讲差距真的很小了，不过还是缺了那么一点东西。当然，CMOS传感器在高感下的优势也是不容忽视的，毕竟暗光环境在我们的生活中十分常见，暗光好自然更有市场。

好了，今天的文章就到此为止。我们并没有鼓吹任何一方的意思，不过这里我要告诉大家，盲目地追求CCD或者CMOS都是没有意义的，毕竟相机是一个整体，而不是孤立的传感器。