早于上世紀九十年代初，有意見認為電荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD) 日漸式微，最終將成為“科技恐龍”。如果用索尼公司(Sony) 2015年的發(fā)布來看待，這個預言好像也有點道理：當時索尼公司正式發(fā)布終止量產(chǎn)CCD 時間表，并開始接收最后訂單。雖然多年前業(yè)界已預計這是遲早出現(xiàn)的舉措，但是索尼這一發(fā)布仍然震驚了專業(yè)成像社群[2]。值得一提的是很多工業(yè)或專業(yè)應用(就是CMOS 圖像傳感器 (CIS) 的重點市場)到現(xiàn)在仍然基于CCD傳感器技術。

到底CCD有什么特點優(yōu)于CIS，使其更具吸引力呢？在發(fā)展初期，CCD和CIS兩種技術是共存的；后來CCD被視為能夠滿足嚴格圖像質量要求的高階技術，而同時期的CMOS技術仍然未成熟并受制于其固有噪聲和像素復雜性等問題。在這一時期，圖像技術仍然以模擬結構為主，而集成圖像處理功能(系統(tǒng)級芯片SOC) 這一意念還沒有被認真考量?；谀柖?，技術節(jié)點的縮小使得SOC技術從2000年起快速擴展并更具競爭力?，F(xiàn)在CIS繼續(xù)致力改進光電性能，在很多方面都顯得比CCD優(yōu)勝。如果利用文首提到的“進化論”譬喻，其實可以把CIS視作抵過多次自然災害仍然存活的哺乳類動物，而這個進化歷史更是跨越6500萬年的史詩式故事！

CCD的工作原理是將光子信號轉換成電子包并順序傳送到一個共同輸出結構，然后把電荷轉換成電壓。接著這些信號會送到緩沖器并存儲到芯片外。在CCD應用中，大部分功能都是在相機的電路板上進行的。當應用需要修改時，設計人員可以改動電路而無需重新設計圖像芯片。在CMOS圖像傳感器中，電荷轉換成電壓的工作是在每一像素上進行。CMOS圖像芯片在像素級把電荷轉換成電壓，而大部分的功能則集成進芯片。這樣所有功能可通過單一電源工作，并能夠實現(xiàn)依照感興趣區(qū)域或是開窗靈活讀出圖像。

一般來說，CCD採用NMOS技術，因而能夠通過如雙層多晶硅、 抗暈(antiblooming)、金屬屏蔽和特定起始物料互相覆蓋等特定工藝實現(xiàn)性能。而CMOS是基于用于數(shù)字集成電路的標準CMOS工藝技術生產(chǎn)，再根據(jù)客戶要求加入成像功能(如嵌入式光電二極管) 。

一般的見解是CMOS傳感器的生產(chǎn)成本比CCD低，因而它的效能也較CCD低。這個假設是基于市場需求的考量而出的，但是其它專業(yè)市場的意見卻認為兩者的技術水平相若，而CCD甚至可能更經(jīng)濟[3]。例如大型主要的航天計劃仍然採用CCD元件，原因不單是CCD在小批量和低成本的考量下在工藝級實現(xiàn)性能優(yōu)化，還有是長期穩(wěn)定供貨的需求考量。同樣地，基于高端CCD的解決方案在科學成像市場也有主流占有率，而且還有一些新產(chǎn)品在開發(fā)階段。情況就是恐龍進化成飛鳥，而它們大部分都能夠提供優(yōu)秀的成像功能……

CMOS的擁有經(jīng)改進的系統(tǒng)復雜性，因為它基本上是嵌入了如模數(shù)轉換、相關雙采樣(CDS)、時鐘生成、穩(wěn)壓器等系統(tǒng)級芯片(System-On-Chip，SOC)結構，或是影像后處理等功能，而這些以前都是應用系統(tǒng)級設計才有的功能。現(xiàn)在的CIS通常是依照從180 nm到近期65 nm的1P4M (1層聚酯，4層金屬) 工藝生產(chǎn)，允許像素設計加入非常高的轉換因子，便于結合列增益放大。這使得CMOS的光反饋和光敏感度一般都比CCD為佳。相較于CMOS，CCD芯片的襯底偏壓穩(wěn)定性更好且芯片上的電路更少，所以擁有更顯著的低噪優(yōu)勢，甚至達到無固定模式噪聲的水平。

另一方面，CIS有較低采樣頻率，可以減小像素讀出所需要的帶寬，因而瞬時噪聲也較小?？扉T會同時對陣列上的所有像素進行曝光。但是CMOS傳感器采用這一方法的話，由于每像素需要額外的晶體管，反而占用更多像素空間。

另外，CMOS每一像素擁有一個開環(huán)輸出放大器，而因晶圓工藝的差異，每一放大器的補償和增益會有所變化，使高或暗的不均勻狀況都比CCD傳感器差。相對于同級的CCD傳感器，CMOS傳感器擁有較低的功耗，而芯片上其它電路的功耗也比CCD經(jīng)優(yōu)化模擬系統(tǒng)芯片匹配的解決方案來得低。取決于供貨量并考慮到CCD導入外部相關電路功能的成本，CMOS的系統(tǒng)成本也有可能低于CCD。表一總結了CCD和CMOS的特點，有些功能有利于一種或其他技術，所以毋需完全分割整體性能或成本。不過，CMOS的真正優(yōu)勢是通過系統(tǒng)級芯片(system-on-chip)方式實現(xiàn)導入靈活性，以及其低功耗特點。