消费级相机里 CCD 为什么会被淘汰?

现在CCD的优势应该仅限于少光子探测的EMCCD。还是半导体制造工艺的提升淘汰了CCD。

CCD和CMOS最根本的差别是光积分之后光电子的处理。大部分CCD只有一个ADC，也就是所有像素点的光电子都要通过电子转移，到同一个ADC，把电荷量转化为数字信号。CCD电荷转移的过程会消耗大量时间，一个个像素的电荷排队到ADC，因此帧率难以提高。而CMOS的每一个像素单元都可以有自己的ADC，也有一些是一行一个，因此CMOS片上传输的是数字信号。由于不需要慢慢转移大量光电子，CMOS帧率高很多。CCD高感差也和光电子转移有关，桶装的越满，就越容易撒出来。

早期的相机都是CCD，因为CCD结构更简单，半导体工艺更容易实现，ADC通常不在片上，可以用独立芯片。EMCCD就是这样诞生的，光电子经过电子倍增，再到ADC，ADC的噪声相对于倍增后的电子微乎其微，成为单光子探测的理想方案，现在也保持着对sCMOS的优势。

之后CMOS出现了，由于每个像素都是独立的ADC，而受到当时工艺限制，ADC的测量误差不一致，成像质量也就不好，没有CCD均匀。此外由于ADC需要占用一部分芯片面积，CMOS用来进行光积分的区域比例也低于CCD，进一步影响了性能。

随着半导体技术的发展，出现了背照式，也就是感光元件几乎所有受光面积都用于光积分，其他电子器件藏在后面。CCD由于结构简单，率先实现了背照式，这是CCD吊打CMOS的时代，柯达进军数码，大法还没崛起。在科研领域，低温可以有效控制CCD电荷转移的噪声，除了少数高速应用，都是CCD的天下。

半导体技术继续发展，CMOS也背照了，但由于结构复杂，此时的背照CMOS画质甚至更垃圾了...但CMOS速度快的优势一直存在，开始被应用到摄像机。另外，CMOS为了避免所有ADC一起工作带来的噪声，基本都进行行曝光。也就是每一行依次曝光，依次进行ADC，保证每个像素积分时间相同，但前后有时间差，这也就导致了摄像时可能有果冻效应。

最后在大法的努力下，CMOS终于实现了全面超越，就是制造工艺的提升使得ADC的差异可以忽略。原理上又决定了CMOS速度吊打CCD，再加上CMOS片上不传递大量光电子的优势，民用领域CCD基本是黄了。科研领域也只剩EMCCD还有优势，sCMOS和现在新出的qCMOS都在往少光子邻域发展，挤压EMCCD的市场。

CCD还有一些奇技淫巧，比如可以把一半的像素用来曝光，光电子先转移到另一半暂存，慢慢做ADC读取。只要读取花的时间小于曝光时间，就相对于没浪费时间在读取。对分辨率要求不高的时候，可以把几个像素的光电子转移到一起做ADC，ADC次数少了误差也就小了。

工业和科学相机那边是因为产品迭代速度慢生命周期长，所以存留了大量CCD产品，新一代不少CMOS的了。科学和工业产品生命周期至少都是5年起步，而民用相机让你买5年前的产品你会觉得我在坑你。其实看看那几家科学和工业传感器供应商，也是很多CCD停产，被更新的CMOS取代。

别的不说，全局快门的CMOS在高速摄影领域就甩开CCD多少条街了。就算是滚动快门的民用CMOS，刷新率也比CCD高很多，现在无反相机对传感器刷新率要求很高，CCD已经没法满足了。

除了速度，CMOS的读取噪声也会比CCD低很多，为啥民用这边都说CCD机器高感不好嘛。

功耗方面也是CMOS优势巨大，现在这些无反相机要一直开着传感器，用CCD怕不是一块电池拍36张。

当然有一些地方CCD还是有一些优势，比如CMOS更容易产生特定纹路的固有噪声，这不像随机噪声能被平均掉，所以更难处理。CCD也能实现一些特殊的效果，比如电荷倍乘CCD能把淹没在读取噪声的信号给搞出来，所以在极低光照下有优势。

至于民用这边，其实不是给人推荐CCD相机是在坑人，而是给人推荐这种十几年前的老产品就是在坑人，这类产品普通人用特难用，会玩的人又不需要别人去推荐，所以嘛你懂的。