CCD和CMOS是當前主要的兩項成像技術，它們產生于不同的制造工藝背景，就當前技術言仍各具優劣。選擇CCD或CMOS攝像機應依據適用環境和要求，合適選用CCD或CMOS技術，便能使圖像監控達到預期的效果。另外，還可看到，COMS作為極具發展潛力的成像技術，較CCD有著更強勁的優勢。本文將對CCD和CMOS主要技術作簡要分析，并作出選擇判斷。

　　無論是交通抓拍，還是高清視頻監控，只要應用到視覺成像技術，就會涉及到感光傳感器——即CCD或CMOS成像技術。

　　CCD和CMOS主要技術特性比較

　　對于交通抓拍和視頻監控，對前端成像傳感器CCD和CMOS比較關注的技術特性主要有以下幾點。

　　電子快門Electronic Shutter

　　電子快門用來控制芯片從開始到結束的電荷積分時間。由于CCD芯片暴露在光線下，即使把電荷轉移也還會有電荷累積。因此，如果被測的是運動目標，就會產生常說的Smear(拖影)現象。CCD是用行間轉移(ILT)的方式解決電荷累積問題的，每個像素被分為感光區和電荷轉移區，電荷轉移區不感光，這樣在曝光結束時先將電荷一次性轉移到轉移區，再讀出，這樣讀出過程就沒有電荷積分，不會產生因目標運動而引起的Smear現象。但顯然ILT方式減少了像素的感光面積，降低了靈敏度。這時，通常在像素上增加微透鏡來收集更多的電荷。

　　CMOS芯片上電荷都是在每個像素上讀出的，不存在CCD芯片的問題，它的電子快門分Rolling shutter和Global shutter兩種，Rolling shutter通常采用的都是3T像素結構，每次僅能對一行像素進行曝光控制(如圖1-1)，即一行曝光后再對下一行進行曝光，這樣就會出現如圖1-2所示的情形。Global shutter的芯片需要具備5T的結構，使整幅圖像所有像素同時開始和結束曝光，圖1-3是Global shutter的成像效果。但5個光電二極管的結構同樣減小了感光面積，這也可以通過增加微透鏡的方式來彌補。

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　　幀率：Frame Rate

　　另外一個需要重點考慮的是幀率。對于CCD感光器來說，抓拍和監控速度主要受制于電荷的讀出速度，讀出時鐘又決定了電荷讀出速度的快慢，分辨率越高，CCD芯片讀出的速度就越慢。實際上，讀出時鐘的上限取決于光-電轉換的讀出放大器的帶寬，更高的讀出速率要求有更寬的帶寬;但另一方面，帶寬越大又會帶來更多的噪聲，同時高速高帶寬的讀出放大器功率也會增加。因此，對CCD感光器而言，高速是在像素分辨率、噪聲、功耗之間的平衡。多通道可以在一定程度上解決讀出速度的問題，將圖像分成多個區域，分別用讀出放大器讀出，再進行拼合。由于多通道電路使攝像機體積更大、功耗更高，故不適合于所有應用。

　　對于CMOS芯片而言，以單個像素為單位將電荷轉化為電壓，讀出放大器就不再需要提高速度來支持更高的幀率。因此，CMOS芯片更易獲得更高幀率。與此同時，與CCD不一樣，CMOS得到的圖像數據能夠清零而無需被讀出。這就解決了機器視覺系統僅對圖像里感興趣區域成像、只需讀出部分圖像信息的問題。當只需讀出感興趣區域的應用場合，CMOS芯片能夠在不增加像素頻率的基礎上支持更高的幀率。

　　微光成像(低照度成像)Low-light Operation

　　當需要在微光下成像時，CCD和CMOS感光器采用的技術是不同的，在微光條件下，讀出放大器非常重要，CCD采用統一的放大器讀出，相應的，一致性比CMOS要好。微光條件意味著信號和噪聲的量級接近，噪聲對圖像的質量影響會很大。每個CMOS感光器像素上的讀出放大器都是低帶寬放大器，比CCD感光器中用的高帶寬放大器噪聲更小，因此，可以通過提高信號增益來獲得更好的信噪比。而通常CCD比CMOS的填充因子要高，同樣條件下收集的電荷數會更多。同時CCD可以通過電荷倍增技術，在讀出前，通過多級的電荷倍增，每次增加小幅度增益，獲得更高的信噪比。此外，像素組合功能(Binning)也可以提高CCD的靈敏度，對N個像素進行Binning可將信噪比提升N倍。CMOS也可以進行類似的Binning，往往是對相鄰像素電壓信號進行采樣疊加，由于采樣也會引入一定的隨機噪聲，因此，CMOS中對N個像素進行Binning所得的信噪比的提升只能達到倍。