CMOS 圖像傳感器是一種光學(xué)傳感器，是攝像頭模組的核心元器件，對(duì)攝像頭的光線感知和圖像質(zhì)量起到了關(guān)鍵的影響。

    隨著工藝的進(jìn)步，CMOS圖像傳感器（CIS）技術(shù)確實(shí)取得了顯著的進(jìn)展，其性能得到了極大的改善。已經(jīng)趕上或超越CCD，再加上CMOS圖像傳感器在工藝上能很大程度與傳統(tǒng)CMOS芯片兼容，它已經(jīng)成為相機(jī)的主流傳感器類型。

基本介紹

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)的縮寫。它是指制造大規(guī)模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來的芯片，是電腦主板上的一塊可讀寫的RAM芯片。因?yàn)榭勺x寫的特性，所以在電腦主板上用來保存BIOS設(shè)置完電腦硬件參數(shù)后的數(shù)據(jù)，這個(gè)芯片僅僅是用來存放數(shù)據(jù)的。

在CMOS圖像傳感器芯片上還可以集成其他數(shù)字信號(hào)處理電路，如AD轉(zhuǎn)換器、自動(dòng)曝光量控制、非均勻補(bǔ)償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等，為了進(jìn)行快速計(jì)算甚至可以將具有可編程功能的DSP器件與CMOS器件集成在一起，從而組成單片數(shù)字相機(jī)及圖像處理系統(tǒng)。

圖像傳感器整體架構(gòu)

CMOS圖像傳感器本質(zhì)是一塊芯片，主要包括:感光區(qū)陣列(Bayer陣列，或叫像素陣列)、時(shí)序控制、模擬信號(hào)處理以及模數(shù)轉(zhuǎn)換等模塊。其中，各塊的作用分別為

像象素陣列:完成光電轉(zhuǎn)換，將光子轉(zhuǎn)換為電子

時(shí)序控制:控制電信號(hào)的讀出、傳遞。

模擬信號(hào)處理(ADC):對(duì)信號(hào)去噪。

其中，像素陣列占整個(gè)芯片的面積最大，像素陣列是由一個(gè)個(gè)像素組成，它對(duì)應(yīng)到我們看到每張圖片中的每個(gè)像素。每個(gè)像素包括感光區(qū)和讀出電路(后面小節(jié)會(huì)詳細(xì)討論)，每個(gè)像素的信號(hào)經(jīng)由模擬信號(hào)處理后，交由ADC進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換后即可輸出到數(shù)字處理模塊。

工作原理

根據(jù)CMOS圖像傳感器的功能框圖，可發(fā)現(xiàn)CMOS圖像傳感器的工作流程主要分為以下三步。

第一步：外界光照射像素陣列，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。

景物通過成像透鏡聚焦到圖像傳感器陣列上，而圖像傳感器陣列是一個(gè)二維的像素陣列，每一個(gè)像素上都包括一個(gè)光敏二極管，每個(gè)像素中的光敏二極管將其陣列表面的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

　　第二步：通過行選擇電路和列選擇電路選取希望操作的像素，并將像素上的電信號(hào)讀取出來。

　　在選通過程中，行選擇邏輯單元可以對(duì)像素陣列逐行掃描也可隔行掃描，列同理。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能。

　　第三步：把相應(yīng)的像素單元進(jìn)行信號(hào)處理。

行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過各自所在列的信號(hào)總線，傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。其中，模擬信號(hào)處理單元的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并且提高信噪比。

　　像素電信號(hào)放大后送相關(guān)雙采樣CDS電路處理，相關(guān)雙采樣是高質(zhì)量器件用來消除一些干擾的重要方法。其基本原理是由圖像傳感器引出兩路輸出，一路為實(shí)時(shí)信號(hào)，另外一路為參考信號(hào)，通過兩路信號(hào)的差分去掉相同或相關(guān)的干擾信號(hào)。

　　然后信號(hào)輸出到模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器上變換成數(shù)字信號(hào)輸出。

　　另外，為了獲得質(zhì)量合格的實(shí)用攝像頭，芯片中必須包含各種控制電路，如曝光時(shí)間控制、自動(dòng)增益控制等。

應(yīng)用場(chǎng)景

數(shù)碼相機(jī)

彩色 CMOS 攝像頭在電子快門的控制下,攝取一幅照片存在DRAM 中，然后再轉(zhuǎn)至快ROM中存放起來。CMOS還可以完成其他許多功能，如模數(shù)轉(zhuǎn)換、負(fù)載信號(hào)處理、處理白平衡及進(jìn)行相機(jī)控制等。目前幾乎所有的初級(jí)數(shù)碼相機(jī)都是基于CMOS圖像傳感器的。

車載領(lǐng)域

包括后視攝像(RVC)，全方位視圖系統(tǒng)(SVS)，攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（CMS），FV/MV，DMS/IMS系統(tǒng)等。

衛(wèi)星遙感

在目前，對(duì)于重量小于10kg的納型衛(wèi)星來說，光成像技術(shù)(以可見光為主)將是納型衛(wèi)星完成對(duì)地觀察任務(wù)的主要手段。而在可見光統(tǒng)中，其電子光學(xué)系統(tǒng)中廣泛使用固體成像器件(如CCD)進(jìn)行遙感成像。

CMOS成像器件由于其本身優(yōu)點(diǎn)，在微納衛(wèi)星上具有廣泛應(yīng)用前景。如CMOS相機(jī)、衛(wèi)星傳感器，MEMS微型陀螺、微加速度計(jì)等。

相信在未來CMOS圖像傳感器市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，技術(shù)創(chuàng)新不斷在智能手機(jī)、汽車電子、安防監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域有著巨大的增長(zhǎng)潛力。