下表列出了CCD和CMOS在特性和性能上的比较。

表6-1 CCD和CMOS的特点比较表格

表6-2 CCD和CMOS的性能比较表格

这里对机器视觉有特殊意义的几个性能差别说明一下。

a.动态范围：由于结构上的差别CCD的噪音要比CMOS小，所以动态范围大，但下面我们就能看到，从发展角度来看，CMOS的动态范围也能做得很大；

b.一致性：在同一照射条件下，不同像元对暗和亮的响应的一致性。由于CMOS每一个像元都有自己的电荷/电压转换和放大器，所以一致性要大大低于用同一公共电荷/电压转换和放大器的CCD。

c.快门速度：CCD的电子快门控制速度快，所以曝光时间的一致性好，而CMOS则较差了；

d.开窗：CMOS由于是用矩阵开关将像元电压送出阵列的，对矩阵开关的控制较灵活，所以CMOS的图像开窗不仅可以在垂直方向，而且可以在水平方向同时实现；

e.抗散焦：由于结构上的差异，CMOS的抗散焦（Antiblooming）比CCD好，较适宜用于有超亮点的图像获取。

这里对机器视觉有特殊意义的几个性能差别说明一下。

a.动态范围：由于结构上的差别CCD的噪音要比CMOS小，所以动态范围大，但下面我们就能看到，从发展角度来看，CMOS的动态范围也能做得很大；

b.一致性：在同一照射条件下，不同像元对暗和亮的响应的一致性。由于CMOS每一个像元都有自己的电荷/电压转换和放大器，所以一致性要大大低于用同一公共电荷/电压转换和放大器的CCD。

c.快门速度：CCD的电子快门控制速度快，所以曝光时间的一致性好，而CMOS则较差了；

d.开窗：CMOS由于是用矩阵开关将像元电压送出阵列的，对矩阵开关的控制较灵活，所以CMOS的图像开窗不仅可以在垂直方向，而且可以在水平方向同时实现；

e.抗散焦：由于结构上的差异，CMOS的抗散焦（Antiblooming）比CCD好，较适宜用于有超亮点的图像获取。

6-10-2 CCD和CMOS的发展趋势和适用领域

为了满足图像系统越来越广泛的要求，无论是个人的还是专业的应用，科研还是工业的，都对图像质量提出了越来越高的要求。

众所周知，动态范围是提高图像质量最重要的指标。近两年CCD和CMOS芯片在提高动态范围上都获得了很大的进步，例如CCD利用类似于雪崩二极管的撞击（Impactionization）现象，产生电子倍增效果（Electron  Multiplication）,开发出灵敏度极高的摄像头，甚至于灵敏到可以对每个光子进行记数；而CMOS则开发出了一种称作HDRC（High Dynamic Range）的技术，利用具有双斜率的对数灵敏度响应曲线，大大增加了摄像头的对比度，拓宽了CMOS的动态范围，其典型实例见图6-23。从图中可以看出，由于受动态范围的限制，当景物中的亮度反差很大时，普通摄像头只能单独地清晰反映出室外亮的景物的灰度层次，或者室内暗的景物的灰度层次，而不能同时在一幅图像内反映出亮和暗两个区域的灰度层次。采用HDRC技术，双斜率对数曲线使这两个区域的灰度层次同时出现在一幅图像中。

图6-24展示了一些高档图像传感器的动态范围，图中的X方向是光子数， 每一种摄像头水平线的左端，代表了它的最小可检出的光子数，即灵敏度，而右端代表了最大未饱和的光子数，即满势阱容量。图中蓝的横线是三种高档CMOS摄像头的动态范围，三条黄线和两条黑线是CCD的动态范围，其中三条黄线中的上面两条使用了电子倍增技术（emCCD）。从图中可以看出，CCD的灵敏度普遍比CMOS高，使用了em技术的CCD97已经灵敏到几乎可以对单个光子进行计数的能力；同时CCD的动态范围也比CMOS的要好一些，但是HDRC CMOS的动态范围则大大地提高了，它可以检出最暗到0.001 Lux的光照输入，而且在最亮到500,000Lux的强阳光光照下的情况下，图像尚未饱和，动态范围高达500×106 :1的170db。

从上面对CCD和CMOS的对照可以看出CMOS已不再是几年前的低质量、高噪音的图像传感器了，CMOS已可以应用于很多高质量图像的场合。那么，这两种传感器哪一种更好呢？这是一个很难回答的问题，关键在于在每一种特定的应用场合中，CCD还是CMOS，哪一种更合适。

表6-3 CCD\CMOS适用领域

表6-3列出了CCD和CMOS最适用的应用领域。在数字相机、手机照相和玩具中CMOS的应用将会越来越多，这是因为CMOS的图像质量已大大改进，而它的低成本的优势也会促进这些领域的使用。当然，在目前CCD仍然占有相当大的分额。在专业的单反式镜头照相机中，这两种传感器都获得了应用，例如尼康使用了索尼的CCD，而佳能使用了它自己生产的CMOS。在低照度使用领域CCD当仁不让，而在高速图像的获取时，CMOS有突出的表现，这是因为CCD的灵敏度普遍高于CMOS；而CCD的串行读出方式不可能获得高速，只有CMOS矩阵开关式读出方式才能获得高帧速。

对机器视觉系统和科学应用来说，取决于具体的应用环境，例如低照度适用CCD，而要求高速获取图像应使用CMOS。

虽然CMOS发展很快，大大侵占了CCD的地盘，但在可预见的将来，它们还是会同时存在，各自占领有优势的领域。