数码单反相机的图像传感器早年用CCD，如今大部分都CMOS化了。关于CCD和CMOS谁好谁差的问题，坛子里有许多争论。对于广大摄友来说，这是件好事。
俺作为一个EE和IT老民工，试着写这帖子，尽量用通俗的语言介绍这两种技术的大概其，各自的优缺点，以及发展的情况。
首先，图像传感器的功能就是把光能转换成电信号，数字化后形成数字图像。不管是以CCD技术还是以CMOS技术实现，都是完成这个功能。
ccd样片 by Pentax K100d+FA77/1.8
CCD和CMOS这两个专业术语，并不是专指图像传感器（image sensor）的，而是两种半导体技术的通称。CCD（Charge Coupled Device）翻译成“电荷耦合器件”，CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）翻译成“互补金属氧化物半导体”。不管是CCD还是CMOS，实现光电转换的多是利用硅的特性在半导体上形成“光电二极管”（photodiode）。（当然也有CCD使用多晶硅polysilicon）。这和太阳能电池的原理是一样的。
CCD和CMOS技术大概都在60年代末、70年代初成型。发明CCD的初衷是为了进行数据存储。但是这一功能为后来的CMOS和磁介质所完全取代了。可是CCD并没有死亡，而是在影像记录方面大放异彩。从70年代开始，CCD就使用在录像机等产品中。80年代，CCD又开始被最早的数码相机所使用。而CCD传感器的许多影响画质的缺点也被逐一克服。30年来，CCD图像传感器已经完全成熟。
技术上来说，CCD是由感光阵列将光能信号转化为电荷，然后一行一行地将电荷“移送”到统一的电路上，转换为电压信号，送出传感器芯片，输出到独立的模数转换器ADC上。ADC再将转换好的数字图像信号交给相机的图像处理器。
cmos样片 by Canon EOS450d+YC P85/1.4
CCD的优点主要是：传感器设计简单、灵敏度高、画质优秀、技术成熟。
但是CCD技术不是没有缺点的。大致总结来说，有这么几个问题：
1）最大的问题是生产成本。由于CCD不能使用主流的CMOS生产线，而生产量又不是那么大，因此生产成本无法大规模地降下来。
2）CCD传感器需要另外配合的ADC、放大器、以及其他支持模块才能使用。这样一来，一是增加了开发和制造成本；二是芯片外过多的模拟电路会引进噪声，进而影响图像质量；三是降低了相机的可靠性。
3）耗电。这个地球人都知道。不多说了。与耗电有关联的还有需要多个芯片外提供的参考电压。增加参考电压会增加系统的复杂性，降低可靠性，并且容易引进额外的噪声而影响画质。
4）读取速度。由于所有的电荷都要通过统一的电路转换并输出，因此CCD传感器的读取速度比较慢。当然新一代的CCD在这方面有改善，但是是以牺牲灵敏度为代价的。
5）CCD传感器固有的blooming现象。就是当光能比较强的时候，电荷会“溢出”而散布（spread）到附近的像素上。（俺估计过去索尼CCD的红色溢出问题就是这个没有处理好。）
6）CCD电荷衰减（fading）问题。由于CCD中获取的电荷是以耦合移位（这也是CCD这名字的来源）的方式一行一行输出的，因此在输出过程中，电荷会衰减。进而造成图像噪声。
这些大概就是CCD的弱点。虽然厂商以各种方式克服，但是问题并没有完全解决。
论坛原地址：图像传感器的PK，CCD和CMOS，谁好？谁差？哪里好？哪里差？
再来看看CMOS技术。今天的电脑技术之所以这么发展，归根到底，是因为半导体技术，特别是CMOS技术的进步造成的。我们用的CPU、内存、闪存还有其他许多器件，都是CMOS技术的。简单地说，CMOS的优点就是集成度高，生产成本低，省电。
表面上看，CMOS传感器和CCD传感器的构造很类似。感光阵列将光信号转换成电信号，然后通过CMOS电路输出。然而，有几个很大的不同：
1）CMOS在感光阵列的每个感光点上，都配置一个信号放大器和其他支持电路。这样做的好处是提高信号的抗干扰能力，坏处有两个：一是会形成“固定模式噪声”（Fixed Pattern Noise，FPN。待会儿还会谈到）；二是这些放大器和支持电路会占用光能接收面积，降低传感器的接收灵敏度。
2）现代的CMOS传感器将模数转换电路ADC和其他支持电路就集成在芯片内。降低了系统的开发难度和制造成本，提高了可靠性。
3）CMOS使用单电源，单参考电压。降低了耗电，提高了系统的可靠性，减少了外围电路所产生的噪声干扰。
简单来说，CMOS传感器有效地解决或者改善了上面提到的CCD的1-6点的缺点。当然其中最重要的，就是大大降低了生产成本。
那么，CMOS的缺点是什么？
CMOS有两个最大的缺点需要克服：
1）固定模式噪声FPN。前面说了，CMOS传感器中，每个感光点都有一个信号放大器和其他支持电路。但是在半导体的生产过程中，形成的各个放大器的增益和带宽都有差别，因此同样亮度的两个像点，最后形成的数值会有差别。从整幅图片来说，就会有一个“固定的噪声图片”。比如一幅18%灰度的图片，最后出来的亮度各处并不相同。
但是既然噪声的模式是“固定”的，就有办法解决。最有效的办法是所谓“双采样”（double sampling）。也就是在相机快门关闭后，先用10毫秒将图像读出，然后将传感器复位后，再用10毫秒第二次采样，得到一幅噪声图案。将原图像减去噪声图像，就可以有效消除固定模式噪声了。这种方式对于消除相机的固定模式噪声特别有效。当然如果是摄像机，那就要复杂一些了。
2）CMOS传感器的第二个大问题，是灵敏度不如CCD传感器。对于CCD来说，整个传感器的面积都可以用来接收光信号。受光率（fill factor）可以接近100%。但是对于CMOS传感器来说，由于感光阵列的每个像点上，都要留出一部分面积来做信号放大器和支持电路，所以光电二极管不能做大。受光率（好像无忌上常用“开口率”这个词汇）要大大小于100%。几年前，CMOS的受光率惨到只有20%多。这样，就会大大降低传感器的灵敏度。
解决CMOS传感器天生灵敏度低的办法有两个：第一是随着半导体技术的发展，CMOS的线宽越来越小，在同样面积上能做的电路也越来越多。或者说，同样的电路，需要的面积越来越小。这样留给感光电路的面积也就越来越大，比例越来越高。比如K20D宣布的时候，说到三星的这块14MP的CMOS的受光率（开口率），就已经达到70%了。随着CMOS技术的快速发展，受光率还会进一步提高；第二就是采用“微透镜”（Micro Lens），将一个像点上的光能都聚合到光敏二极管“开口”的位置。这个许多泡菜都知道的，就不多说了。
CCD技术已经完全成熟，CMOS技术还在进步中。就图像质量而言，今天两者已经不相上下。即使有些区别，和后端的图像处理器相比，也是微不足道了。
CCD传感器经过30多年的发展，技术已经成熟。但是仍有三大问题需要解决：生产成本高、系统集成度差、耗电。
CMOS传感器可以解决CCD传感器的这三大问题。但是自己也有两大新问题：固定模式噪声、低灵敏度。其中固定模式噪声目前已有技术基本解决。而灵敏度的问题正在改善，还会继续改善。
从2010年写这个帖子，到现在，cmos传感器的最大进步，就是背照式技术的发展。
上面最后提到，和ccd传感器相比，cmos传感器的两个最大问题，是固定模式噪声和因为开口率或者受光率小而导致的灵敏度低。
随着背照式cmos传感器的发展，这两个问题都有根本性的解决了。
1）在非开口式CMOS中，在每个像素位置，需要占用一定的面积来用作处理电路，因此开口率达不到几乎100%的CCD。在背照式传感器中，像素背面的整个面积都可以用来做光敏二极管接受光线（所以叫“背照式”），因此开口率也和CCD传感器一样接近100%了。而CMOS传感器独有的信号处理电路放在像素正面的单独一层。也就是说，原来器件是一层，感光和信号处理都要占面积；背照式变成两层。一层感光，一层处理信号。
2）在非开口式的CMOS中，由于上述感光和信号处理都要占面积，因此为了提高开口率，尽量增加感光面积，所以信号处理单元就做得极其简化，以尽量减少信号处理电路的面积。有些甚至就只用一个三极管来做放大器。由于半导体工艺的特性，每个放大电路的一致性会比较差，因此形成固定模式噪声（FPN）。在背照式的情况下，每个像素的信号处理电路相对不受面积制约，因此可以做成比较复杂的放大器，比如负反馈放大器。这样，各像素间的一致性会大大改善。从而大大降低固定模式噪声。
3）新进发布的三星NX1是第一部使用背照式cmos传感器的大底（APSC）相机。从国外的初步报道来看，2800万象素的画质基本上和三星自己原来的2000万象素差不多。当然，还要等详细的评测看看比较。
宾得在开发645D的过程中，并非不想用CMOS。下面是宾得产品规划部的主管Yasuyuki Maekawa在回答采访的时候说的原话：
“Well, we recognize the value of live view as a tool. We would have loved to make it available in the 645D, but the Kodak CCD sensor that we have selected, just like all the other MF sensors available today for that matter, do not currently enable Live view. We hope that possible future CMOS based MF sensors would be able to lift this limitation.”
再上几张图来补充一下，不是上照片，而是几张K20D发布前后的技术演示资料。先上两张，是Pentax在K20D发布时候我拿到的一份资料里面的两张幻灯片，第一张是说明K10D的噪声从何而来，第二张是说他们从什么地方入手在K20D提高信噪比。
这是第一张。
这是第二张。
谢谢欣赏
