CMOS 與 CCD 感測器比較

CMOS 與 CCD 之間的爭論早已塵埃落定，但對於需要升級舊有檢測系統的工程師而言，比較這兩種技術仍是不可或缺的功課。電荷耦合元件（CCD）將原始電子在晶片上傳輸至單一中央放大器，而互補式金屬氧化物半導體（CMOS）則在每個主動像素內部直接將電荷轉換為電壓。從序列讀出轉變為並行讀出的這項根本變革，消除了早期機器視覺的速度瓶頸，並決定了所有現代工業相機的設計。

架構差異：序列 vs. 並行

若要瞭解一套舊有視覺系統在升級之後的表現，就必須先看清資料是如何流動的。

CCD 採用序列「水桶接力」原理。當曝光結束後，感測器會將累積的電荷以像素接像素、列接列的方式傳送至晶片角落的同一顆類比數位轉換器（ADC）。由於所有像素共用同一個放大器，CCD 在歷史上能夠產生極為純淨、均勻的影像，幾乎沒有固定圖樣雜訊。

CMOS 感測器則以並行方式運作。它是一種主動像素架構，每個像素內部都擁有獨立的微型放大器。電荷會在光子撞擊矽的位置直接被轉換為電壓，多個像素列同時被讀入整合於同一晶片上的 ADC。此種並行處理需要在像素表面布置遠為複雜的電路，但也正是因此從根本上釋放了相機的速度潛力。

CMOS 為何贏得了機器視覺產業

長期以來，工程師之所以接受 CCD 較低的速度與較高的功耗，是因為其影像品質確實更為出色。過去十年間，半導體製程的進步徹底消弭了這項雜訊差距。

一旦 CMOS 的影像品質達到 CCD 的水準，主動像素架構在其他方面的優勢便迅速主導了整個產業。

升級舊系統：硬體考量

當工廠自動化產線最終要淘汰舊有的 CCD 相機時，將現代 CMOS 相機直接裝入相同安裝位，必須經過細緻的工程檢核。

最關鍵的因素是物理像素間距。早期 CMOS 像素需要保留空間給內部放大器，而現代高解析度型號則會在單顆晶片上塞入數百萬像素，因此新相機的像素尺寸幾乎肯定會與舊 CCD 不同。一旦像素尺寸改變，光學解析度與視野也會隨之改變。您必須重新計算工作距離，或選用新的工業鏡頭以匹配新的感測器規格。

此外，介面也會有所變化。舊式 CCD 通常依賴 FireWire 或類比輸出等老舊協定。升級至 CMOS 代表將系統架構切換至 GigE Vision 或 USB3 Vision 等現代標準介面，需要同時更新纜線與主機 PC 上的影像擷取卡設定。GigE Vision 可能需要相容的網路卡或影像擷取卡；USB3 Vision 則使用大多數現代 PC 已內建的標準 USB3 主控制器。