市場分析機構TSR 指出，2009 年市場銷售的采用互補金屬氧化物半導體 (CMOS) 圖像傳感器的數碼相機 (DSC) 不到 400 萬部，僅占總銷售額的3% (注1)。其余的97%都是采用電荷耦合器件 (CCD) 圖像傳感器，因為后者這類解決方案具有更高的填充因子和量子效率 (QE)，更低的串擾和暗電流，一直以來都提供了最好的靜止圖像性能。對相機設計人員而言，傳統上CCD圖像傳感器還能夠幫助設計人員提高分辨率，同時繼續提升整體圖像質量。到目前為止，CMOS 圖像傳感器技術面臨的挑戰是：為了獲得DSC市場相機設計人員的青睞，必須消除與CCD圖像傳感器在這些關鍵性能指標方面的差距。
最新一代CMOS 圖像傳感器利用先進的像素技術，其性能已達到甚至超越了 CCD圖像傳感器。它們還解決了圖像質量問題，并具備CMOS 技術所獨有的優勢，如更快的速度、 更低的功耗，以及可能的更高集成度 —— 而所有這些特性正是現今數碼相機所要求的。事實上，在高端數碼單反相機 (DSLR) 市場和新興的無反光鏡數碼相機市場中，CMOS 圖像傳感器技術已占有 90%以上的市場份額，足以證明 CMOS 圖像傳感器能夠提供這些消費設備所需的性能、更快速的連續靜止圖像捕捉能力，以及全高清 (HD) 視頻捕捉能力。
在當今競爭極為激烈的緊湊型 DSC 市場，單純在提高分辨率方面一較高下正變得越來越困難。此外，相機制造廠商和 OEM廠商都在尋找新的方法，以期實現自己產品的差異化。正是這種創新推動力，加之圖像質量和性能的提高，加快了當前以及下一代 DSC 產品采用CMOS 圖像傳感器的速度。事實上，根據TSR估計，2010 年使用CMOS 的DSC數量增加了 300% 以上，達到1200多萬部，而預計2011年CMOS圖像傳感器的采用比例將達到 25%，亦即采用CMOS的相機數量超過 3500萬部。市場分析機構 iSuppli 最近預計，到2013 年，CMOS 圖像傳感器在DSC市場中的份額將超過CCD圖像傳感器。
新一代 CMOS 圖像傳感器完全克服了其前代產品存在的缺陷，其供應商能提供像素尺寸更小、填充因子更大、QE更高、滾動快門雜音(rolling shutter artifact) 更小、串擾低、暗電流更小、噪聲更低的解決方案，從而更好地推動 CMOS 圖像傳感器更快速地取代CCD圖像傳感器。
CMOS 圖像傳感器贏得市場份額
CMOS 圖像傳感器如今廣受歡迎和采納的原因在于其能夠提供與CCD傳感器同等或更好的圖像性能、更快的傳感器讀出速度和幀速。這部分歸功于使用了先進的像素技術，能夠以更高的成本效益顯著提高像素性能。這些技術都能夠提升QE，最小化串擾，即使在挑戰傳統傳感器的低光照條件下也可捕捉色彩鮮明的圖像。Aptina A-Pix 等技術通過解決導光管和光電二極管的物理結構問題，增強和提升了像素能力。此外，這些先進的像素技術還能夠結合數碼相機捕捉能力與先進的高性能HD視頻能力，從而實現新的混合型DSC相機。
在理想情況下，目前 DSC 相機中所采用的圖像傳感器的視頻能力和幀速分別高達1080p與60 幀/秒 (fps)。雖然今天緊湊型 DSC的標準視頻幀速只有 30 fps，但60 fps 幀速可讓相機有足夠能力以最小的滾動快門偽影捕捉到場景內的快速移動目標。
市場上某些新CMOS 圖像傳感器的輸出速率能夠達到 200MP/s，而全高清視頻所需速率為60 fps；具有高速并行讀出架構的下一代傳感器更可望提供超過500MP/s的輸出速率。由于讀出速度更快，CMOS 傳感器能夠同時捕捉高分辨率靜止圖像和高質量全高清視頻，且設計人員無需對二者的性能做折衷讓步。這種同時為靜止圖像攝影和視頻提供最佳性能的能力，為具備這種出色視頻/靜止圖像混合功能集的新型DSC相機開辟了新的市場空間。
更高的讀出速度還能實現HD視頻超采樣 (oversampling)，以30fps或 60fps的幀速讀出盡可能大的視野 (field of view, FOV)，并針對所需的視頻輸出格式調高分辨率。這樣就能夠獲得失真偽影更少的、質量更高的 HD 視頻；而同時通過數字信號處理器 (DSP) 提供像素區域邊距，實現電子圖像穩定性。除了 HD 視頻之外，現在還有基于 120fps、240fps 及更高捕捉速率的慢動作視頻模式。
CMOS 傳感器也在采用多通道高速串行接口，如Sub-LVDS 和 HiSPi，這是由Aptina Imaging開發的一種開放存取、可擴展的高速串行像素接口，以期向 DSP高效傳輸高速率圖像數據。CMOS 傳感器的其它集成式功能，如集成式拜耳調節 (Bayer scaling) 功能性，能夠針對 DSP 的最大帶寬對傳感器的輸出進行調整，進一步提高系統的靈活性。
比較14MPCMOS和CCD性能
不管DSC制造廠商是選擇CMOS還是CCD作為基礎技術，圖像傳感器都必須能夠生成高質量的靜止圖像。
在以下示例中，Aptina的1400萬像素(MP)、1.4微米、1/2.3英寸MT9F002 CMOS圖像傳感器，集成進一款領先品牌DSC相機中，并與另一款使用具備相同陣列和像素尺寸的14MP、1/2.3英寸 CCD圖像傳感器的領先品牌DSC相機做比較（圖1），涵蓋關鍵的性能標準：低光照靈敏度、顏色串擾，以及在一系列ISO條件下的信噪比(SNR)。
傳感器QE是捕捉和轉換可見光子為電子的效率百分數，這是主要的靈敏度指標。圖1是CMOS和CCD相機每種顏色層之最大QE的比較。在具有典型高ISO圖像捕捉條件的低光照環境中，綠色和紅色光譜通常包含大部分的光能量。以下圖表顯示CMOS成像器如何在所有顏色層上提供更高的QE，尤其是在綠色和紅色波長范圍。
然而，在比較兩種圖像傳感器的光譜響應時，峰值QE僅僅說明了一部分情況。14MP CMOS圖像傳感器不僅具有更高的最大QE，還具有較低的顏色串擾。MT9F002 CMOS圖像傳感器測得的串擾較CCD圖像傳感器降低3%，這是基礎Aptina A-Pix 像素技術固有的光導技術所提供的優勢。因而，14MP CMOS圖像傳感器在所有的光照條件/ISO條件下均可提供更低的顏色噪聲和更好的整體信噪比(SNR)。
如圖2至圖5所示，14MP CMOS圖像傳感器在低和高ISO條件下，性能表現均優于同等格式 (相同陣列和像素尺寸) CCD傳感器。為了比較亮度SNR性能，在同等ISO范圍，使用相同的基本軟件顏色管線，從各個傳感器進行原始捕捉，而不采用噪聲消除，并使用經過校準的色彩精確的顏色校正矩陣 (color correction matrix, CCM)，用于場景中使用的D65光照。亮度SNR是在目標場景所用的Macbeth圖表的18% 中等色調灰色補丁上測得的。所有圖像是使用F2.8透鏡孔徑捕捉的，并具有相同的綜合時間。
圖2所示為兩種傳感器的ISO100性能比較，來自CMOS傳感器的圖像顯示，最小ISO (最小增益) 條件下的亮度SNR增加了1.5dB。在不同成像區域進行放大，在黑色和灰色的區域中，可以看到CMOS圖像傳感器的噪聲比較低。圖3為ISO100成像性能比較的細節區域的放大情況。
圖4和圖5所示為在ISO范圍另一端 (ISO1600) 的相似類型性能比較，這類高ISO、高增益條件是不使用閃光燈的低光照環境圖像捕捉的典型狀況。CMOS傳感器在高ISO設置下的亮度SNR增加了2dB 以上(> 30 %)。在CMOS器件一側，Macbeth圖表18%灰色補丁的裁切區域的顏色噪聲低得多。在圖像的不同區域再進行放大 (圖5) ，可以明顯看出CMOS傳感器具有出色的噪聲性能。
結論
過去的相機制造廠商一直使用CCD圖像傳感器，提供最佳的靜止圖像性能和整體圖像質量、較高的填充因數和QE，以及更低的暗流。然而，如今的CMOS圖像傳感器除了具備主流數碼相機所需的高性能、更低功耗、更快的連續靜止圖像捕捉，以及全高清視頻捕捉功能之外，還能夠提供具備更小像素尺寸、更大填充因數、更高QE，更少的滾動快門雜音，更低的暗流和噪聲。事實上，在比較一款Aptina 14MP CMOS 傳感器和同等14MP CCD傳感器的靈敏度、顏色串擾和SNR重要參數時，CMOS圖像傳感器脫穎而出，從而推動CMOS傳感器在DSC市場領域成為吸引力日益增強的CCD傳感器替代產品。