作者：小熊在线-烟花
前言
感光元器件之争一直都在CCD和CMOS之间默默的进行着。几年前，我们在购买数码产品时总会首选CCD，因为那时候的CMOS几乎就是画质表现差的代名词，只有低端相机或者摄像头上才会出现CMOS的身影。而在今天，CMOS在数码单反中已经大行其道，现在在可购买到的数码单反相机中采用CCD的只有尼康D3000一款；但是在便携类DC中，CCD仍然还占据着绝大多数市场，采用传统CMOS的便携类DC屈指可数，而背照式CMOS的出现，将有望打破便携类DC市场的格局。
背照式CMOS发布之后，让传统的便携性DC相机在画质上又有了一个崭新发展，尤其是在夜景拍摄、高感光度噪点控制方面，是之前CCD和传统CMOS所无法企及的！
在CCD中，还有一种类型的产品一直独树一帜——富士的Super CCD EXR，它虽然也是CCD的一种，但是在设计原理上与传统CCD有很大不同，在动态宽容度、感光度及噪点控制方面都要好于传统的CCD！
在如今的便携类DC市场中，背照式CMOS、CCD、Super CCD EXR是目前采用最多的传感器解决方案，那么目前这三种传感器在DC中画质表现到底谁更优秀，这将是本文研究的重点……
CCD——成本高、耗电量大
说到CCD和CMOS，我自己都会很头疼，因为他们都太过专业，对于一般用户而言根本不需知道他们的工作原理，但是为了大家能够读懂我们要表达的意思，我们还是要从他们的原理说起，请相信我，你会看的懂！
首先要说的是CCD今后将很有可能被CMOS完全取代，无论单反（几乎已是CMOS的天下）还是便携类DC，其原因并不是CMOS画质更好，而是CMOS够便宜！这是市场的法则，当然归根结底最终还是我们消费者让CCD走向了灭亡，因为我相信没人愿意花更多的钱购买效果相差无几的CCD产品。
CCD、CMOS工作方式
那么CCD为什么要比CMOS贵呢？
CCD和CMOS都是存储由光产生的信号电荷，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路。那么这种工作方式又是怎样决定他们的成本呢？
CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中，而CCD则需要放大器等外围成本，另外CCD像素传输方式决定了如果有一个像素的通道坏掉（注意CCD中的像素有专用的传输通道，因此就算CCD像素存在坏点，但若通道完好，仍可继续传输），那么传感器都将无法正常工作，因此一般CCD的良率都会很低，而CMOS则没有这个问题，因为每个像素都是独立工作，而良率往往是决定成本的重要原因。
而在功耗控制方面，CMOS传感器的图像采集方式为主动式，感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出，但CCD传感器为被动式采集，需外加电压让每个象素中的电荷移动，而此外加电压通常需要达到12~18V；因此，CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)，高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平，所以CMOS更为省电。
CMOS：画质差、像素增更容易
CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵敏度（即开口率）要低于CCD传感器，因为CCD但单独像素上没有单独放大器，尤其在小型传感器上，这种差异更加明显。
同样由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，其画质自然会有所降低。
在像素增加方面，CMOS有着先天性优势，这应该也不难理解，因为上文已经介绍了CCD的工作原理，其中任何一个像素通道坏掉都会影像传感器正常工作，例如我们将CCD的1000W像素提升到1500W像素，那么就要意味着要再保证多出的500W个像素的通道必须全部能够无一例外的全部正常工作，良品率更为堪忧，而CMOS则没有这种烦恼，因为他非常类似于模块化设计，只要随着制造工艺的增长增加模块就行了，即使在这1500W像素值中有1-2个坏点，仍然可以照常工作！
典型的CMOS结构
背照式CMOS与Super CCD EXR解析
至此我们应该对CCD和CMOS有了一个初步的了解，这对于我们今天的文章阅读就已经够了！首先来看，为什么小DC上很少采用CMOS感光元器件，其中这个布线层中的放大电路及A/D转换器就是主要原因，因此他挡住了进入感光像素的部分光线，在大画幅CMOS传感器上也许还能够接受，但在小型传感器上这确实致命的，因为小DC中的传感器面积决定了其本身接收的光线量就少，如果在被挡住一部分，其画质可想而知了！
那么如果将布线层移到CMOS背部不就行了吗？没错，这就是今天的主角之一——背照式CMOS的做法，有了上文的基础，我们应该不难理解背照式CMOS了，背照式CMOS（Exmor R CMOS）将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，“挡住了”一部分光线。这样一来，通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用，开口率得以大幅度提高，即便是小尺寸的影像传感器，也能获得优良的高感光度能力。
接下来介绍的是Super CCD EXR，这里还是只简单的介绍下他的工作原理，Super CCD EXR要分为两部分来介绍——“Super CCD”、“EXR”：Super CCD的工作原理与传统CCD没有不同，只是将常规正方形二极管换成了八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高，效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。
下面来解释EXR，EXR是Super CCD的一种，之前富士还有过类似SR、HR这种CCD，Super CCD EXR最突出的特点是“双重曝光控制”。通过控制不同的曝光时间(电荷累积时间)以实现不同的感光度。在这种崭新的结构中， “A”和“B”两组捕捉通道“先后”同时工作，最终“A”和“B”两组通道所采集的图像信息合并生成最终图像。这种电子控制使图像捕捉实现了对高光和低光细节的全面捕捉，类似于采用了两档不同曝光拍摄然后合成一张照片的HDR效果。与SR所不同的是，单位像素点的尺寸大小是完全一致的，这就意味着EXR在宽动态范围方面的潜力超越了SUPER CCD SR。
传感器类型总结
做一下传感器的总结：
CCD：画质好，耗电量大，发展缓慢，目前单反已经基本被淘汰，但是由于受光面积更大的原因在小DC中仍大量采用，但将被背照式CMOS所取代！
CMOS：成本低，耗电量小，大画幅上成像已经接近CCD（注意是接近），已经全面普及在单反之中，小DC上由于开口率原因未被普及。
背照式CMOS：成本低，耗电量小，高感画质更好，目前只应用在小尺寸传感器的便携类DC中！
Super CCD EXR：传感器面积更大（相比便携类DC中的CCD和背照式CMOS），动态范围更好，相同尺寸传感器可拥有更高的像素，最新产品可以支持像素相位检测对焦！
严格来讲，在同时代再先进的COMS在画质上也很难超越CCD，但是现在的问题就是CMOS每天都在进步，而CCD几乎是停滞不前，那么现在的CCD、背照式CMOS、Super CCD EXR在成像上到底谁更占据优势呢？我们还是用事实来说话吧！
在测试部分，我们选取了三款机器，分别是尼康的COOLPIX S8000（CCD传感器）、理光的CX3（背照式CMOS传感器）以及富士的FinePix F85EXR（Super CCD EXR），这三款机型均为自家的旗舰级口袋长焦DC产品，光学变焦均为10倍左右，尽量减少了因为镜头焦距差异过大对画质的影像。但是由于各家的镜头及成像风格均各有所长，因为他们之间的画质对比并不能真实准确的再现各种传感器之间的画质差异，因此下文的评测只供大家参考！
再次强调即使是同样采用某一传感器类型（如CCD）的DC在成像也会有区别，下文对比仅供参考。
注意：尼康COOLPIX S8000、富士FinePix F85EXR、理光的CX3的像素均不相同，在画质对比时，我们会将他们全部设置1000W，这样相对更加合理一些。
COOLPIX S8000
理光的CX3
富士FinePix F85EXR
CCD/Super CCD EXR/背照式CMOS低感画质对比
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
毫无疑问，在宽容度方面，Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）表现最好，但也不出意料的，在100%放大截图中，富士Super CCD EXR表现最差，这是因为Super CCD EXR的像素计算与普通的CCD和CMOS有区别。在色彩表现上，其实我不想过多评论，因为每个人对色彩的感觉都不一样，但我个人更看好富士的Super CCD EXR。在清晰度方面，CCD是无可争议的第一，叶子的每一根脉络均清晰可见，背照式CMOS好于Super CCD EXR，与CCD差距明显。
CCD/Super CCD EXR/背照式CMOS高感画质对比
ISO 80:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 100:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 200:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 400:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 800:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 1600:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 3200:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 6400:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
ISO 12800:CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
在超过ISO 800时，CCD与Super CCD EXR的噪点均迅速增加，背照式CMOS噪点控制则要好的多，比CCD和Super CCD EXR有高一档左右的可用高感。
CCD/Super CCD EXR/背照式CMOS更多样张（一）
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
CCD/Super CCD EXR/背照式CMOS更多样张（二）
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
CCD（尼康COOLPIX S8000）
Super CCD EXR（富士FinePix F85EXR）
理光的CX3（背照式CMOS）
CCDSuper CCD EXR背照式CMOS
