cmos圖像傳感器基本原理與應用簡介

1、CMOS圖像傳感器基本原理與應用簡介摘要：CMOS圖像傳感器基本原理與應用關鍵字：CMOS圖像傳感器芯片工作原理1引言圖像傳感器是將光信號轉換為電信號的裝置，在數(shù)字電視、可視通信市場中有著廣泛的應用。60年代末期，美國貝爾實臉室發(fā)現(xiàn)電荷通過半導體勢阱發(fā)生轉移的現(xiàn)象，提出了固態(tài)成像這一新概念和一維CCD(geCoupledDevice電荷耦合器件)模型器件。到90年代初，CCD技術已比較成熱，得到非常廣泛的應用。但是隨著CCD應用范圍的擴

2、大，其缺點逐漸暴露出來。首先，CCD技術芯片技術工藝復雜，不能與標準工藝兼容。其次，CCD技術芯片需要的電壓功耗大，因此CCD技術芯片價格昂貴且使用不便。目前，最引人注目，最有發(fā)展?jié)摿Φ氖遣捎脴藴实腃MOS(ComplementaryMetalOxideSemiconduct互補金屬氧化物場效應管)技術來生產(chǎn)圖像傳感器，即CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器芯片采用了CMOS工藝，可將圖像采集單元和信號處理單元集成到同一塊芯片上。由于

3、具有上述特點，它適合大規(guī)模批量生產(chǎn)，適用于要求小尺寸、低價格、攝像質量無過高要求的應用，如保安用小型、微型相機、手機、計算機網(wǎng)絡視頻會議系統(tǒng)、無線手持式視頻會議系統(tǒng)、條形碼掃描器、傳真機、玩具、生物顯微計數(shù)、某些車用攝像系統(tǒng)等大量商用領域。20世紀80年代，英國愛丁堡大學成功地制造出了世界上第一塊單片CMOS圖像傳感器件。目前，CMOS圖像傳感器正在得到廣泛的應用，具有很強地市場競爭力和廣闊地發(fā)展前景。來源:大比特半導體器件網(wǎng)2CMOS

4、圖像傳感器基本工作原理首先，外界光照射像素陣列，發(fā)生光電效應，在像素單元內產(chǎn)生相應的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要，選通相應的行像素單元。行像素單元內的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸?shù)綄哪M信號處理單元以及AD轉換器，轉換成數(shù)字圖像信號輸出。其中的行選擇邏輯單元可以對像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功能。模擬信號處理單元的主要功能是對信號進行放大處理，并且提高信噪比。另外

5、，為了獲得質量合格的實用攝像頭，芯片中必須包含各種控制電路，如曝光時間控制、自動增益控制等。為了使芯片中各部分電路按規(guī)定的蓋層的引入，使其量子效率比較低，尤其對藍光更是如此。就目前看來，其整體性能優(yōu)勢并不十分突出。來源:大比特半導體器件網(wǎng)4影響CMOS傳感器性能的主要問題4.1噪聲這是影響CMOS傳感器性能的首要問題。這種噪聲包括固定圖形噪聲FPN(Fixedpatternnoise)、暗電流噪聲、熱噪聲等。固定圖形噪聲產(chǎn)生的原因是一束

6、同樣的光照射到兩個不同的象素上產(chǎn)生的輸出信號不完全相同。噪聲正是這樣被引入的。對付固定圖形噪聲可以應用雙采樣或相關雙采樣技術。具體地說來有點像在設計模擬放大器時引入差分對來抑制共模噪聲。雙采樣是先讀出光照產(chǎn)生的電荷積分信號，暫存然后對象素單元進行復位，再讀取此象素單元地輸出信號。兩者相減得出圖像信號。兩種采樣均能有效抑制固定圖形噪聲。另外，相關雙采樣需要臨時存儲單元，隨著象素地增加，存儲單元也要增加。4.2暗電流物理器件不可能是理想的，

7、如同亞閾值效應一樣，由于雜質、受熱等其他原因的影響，即使沒有光照射到象素，象素單元也會產(chǎn)生電荷，這些電荷產(chǎn)生了暗電流。暗電流與光照產(chǎn)生的電荷很難進行區(qū)分。暗電流在像素陣列各處也不完全相同，它會導致固定圖形噪聲。對于含有積分功能的像素單元來說，暗電流所造成的固定圖形噪聲與積分時間成正比。暗電流的產(chǎn)生也是一個隨機過程，它是散彈噪聲的一個來源。因此，熱噪聲元件所產(chǎn)生的暗電流大小等于像素單元中的暗電流電子數(shù)的平方根。當長時間的積分單元被采用時，

8、這種類型的噪聲就變成了影響圖像信號質量的主要因素，對于昏暗物體，長時間的積分是必要的，并且像素單元電容容量是有限的，于是暗電流電子的積累限制了積分的最長時間。為減少暗電流對圖像信號的影響，首先可以采取降溫手段。但是，僅對芯片降溫是遠遠不夠的，由暗電流產(chǎn)生的固定圖形噪聲不能完全通過雙采樣克服?，F(xiàn)在采用的有效的方法是從已獲得的圖像信號中減去參考暗電流信號。4.3象素的飽和與溢出模糊類似于放大器由于線性區(qū)的范圍有限而存在一個輸入上限，對于CM