CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为电信号。它是美国贝尔实验室的维拉波义耳和乔治史密斯于1969年发明的。

CCD可以直接将光信号转换成模拟电流信号，经过放大和模数转换，实现图像的采集、存储、传输、处理和再现。它具有体积小、重量轻、功耗低、灵敏度高、响应快等特点。CCD广泛应用于数字摄影、天文学、光学遥测、光学和光谱望远镜以及高速摄影。

1、用DC拍摄景物时，景物反射的光线通过DC的镜头透射到CCD上。

2、当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发释放出电荷，感光元件的电信号便由此产生。

3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。

4、经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高低成正比。这些数值其实就是图像的数据了。

5、不过单依靠第4步所得到的图像数据还不能直接生成图像，还要输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色彩校正、白平衡处理（视用户在DC中的设定而定）等后期处理，编码为DC所支持的图像格式、分辨率等数据格式，然后才会被存储为图像文件。

6、最后，图像文件就被写入到存储器上（内置或外置存储器）。

由于只能是亮或暗两种情况, DC的采集原理，一些细节会在黑暗或明亮的光线下丢失(这种现象称为& quot剪辑& quot)，而且有时候很难纠正。所以在使用单调光、闪光灯等光源拍照时，DC的效果较好，但在色彩较多、光线复杂的情况下，效果与传统相机相差甚远。

因此，非专业DC不能用于制作大幅面图像。但是，由于拍摄的图像是以数字形式存储的，因此可以使用多种设备进行传输，传输过程中不会损失图像质量。

第一层“微型镜头”

第二层是“分色滤色片”

原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此，可以注意到，一般使用原色CCD的数码相机的ISO感光度很可能不会超过400。相比之下，补色CCD有一个Y黄色滤色器，在色彩分辨率上更用心，但牺牲了部分图像的分辨率。ISO值上，补色CCD可以容忍更高的感光度，一般可以设置在800以上。

第三层：感光层

CCD的第三层是& quot感光板& quot，主要负责将通过彩色滤光层的光源转换成电信号，并将信号传输到图像处理芯片还原图像。

传统相机胶片尺寸为35mm，对角线长度为35mm，35mm胶片感光面积为36x24mm。转换成数码相机，对角线长度在35mm左右，CCD/CMOS尺寸越大。在单反数码相机中，很多都有接近35mm的CCD/CMOS尺寸。比如尼康D100的CCD/CMOS尺寸为23.7x15.6，比消费级数码相机要大很多，而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36x24mm，达到了35mm的面积，所以成像相对较好。

现在市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。

CCD/CMOS尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。

1/1.8英寸的300万像素相机通常比1/2.7英寸的400万像素相机效果更好(后者只有55%的感光面积)。同样尺寸的CCD/CMOS像素增加是好事，但也会导致单个像素感光面积减少，可能会出现曝光不足。但要想在增加CCD/CMOS像素的同时保持现有的图像质量，就必须在至少保持单个像素面积的基础上，增加CCD/CMOS的总面积。目前很难制造更大的CCD/CMOS。

有鉴于许多网友询问CCD与CMOS的主要差别。我们暂时撇开复杂的技术文字，透过简单的比较来看这两种不同类型，作用相同的影像感光元件。不管，CCD或CMOS，基本上两者都是利用矽感光二极体（photodiode）进行光与电的转换。这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。比较CCD和CMOS的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。简单的说，按我们在上一讲“CCD感光元件的工作原理（上）”中所提之内容。CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至CCD旁的放大器进行放大，再串联ADC输出；相对地，CMOS的设计中每个像素旁就直接连着ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。

两者优缺点的比较CCDCMOS设计单一感光器感光器连接放大器灵敏度同样面积下高感光开口小，灵敏度低成本线路品质影响程度高，成本高CMOS整合集成，成本低解析度连接复杂度低，解析度高低，新技术高噪点比单一放大，噪点低百万放大，噪点高功耗比需外加电压，功耗高直接放大，功耗低由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持资料的完整性；CMOS的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。整体来说，CCD与CMOS两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等，不同类型的差异：ISO感光度差异：由于CMOS每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS的感光度会低于CCD。成本差异：CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失；相对地CCD采用电荷传递的方式输出资讯，必须另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（Fail），就会导致一整排的讯号壅塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟传输通道和外加ADC等周边，CCD的制造成本相对高于CMOS。解析度差异：在第一点“感光度差异”中，由于CMOS每个像素的结构比CCD复杂，其感光开口不及CCD大，相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时，CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过，如果跳脱尺寸限制，目前业界的CMOS感光原件已经可达到1400万像素/全片幅的设计，CMOS技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特别是全片幅24mm-by-36mm这样的大小。噪点差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的ADC放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS最终计算出的噪点就比较多。耗电量差异：CMOS的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但CCD却为被动式，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使CCD的电量远高于CMOS。尽管CCD在影像品质等各方面均优于CMOS，但不可否认的CMOS具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。由于数码影像的需求热烈，CMOS的低成本和稳定供货，成为厂商的最爱，也因此其制造技术不断地改良更新，使得CCD与CMOS两者的差异逐渐缩小。新一代的CCD朝向耗电量减少作为改进目标，以期进入照相手机的行动通讯市场；CMOS系列，则开始朝向大尺寸面积与高速影像处理晶片统合，藉由后续的影像处理修正噪点以及画质表现，特别是Canon系列的EOSD30、EOS300D的成功，足见高速影像处理晶片已经可以胜任高像素CMOS所产生的影像处理时间与能力的缩短；另外，大尺寸全片幅则以KodakDCSPro14n、DCSPro/n、DCSPro/c这一系列的数码机身为号召，CMOS未来跨足高阶的影像市场产品，前景可期。