圖像傳感器課件

圖像傳感器

(CMOS和CCD圖像傳感器)圖像傳感器

(CMOS和CCD圖像傳感器)1一、CMOS/CCD圖像傳感器的工作原理

無論是CCD還是CMOS，它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管（photodiode），該二極管在接受光線照射之后能夠產生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應。但在周邊組成上，CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二極管之外，包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元，感光二極管占據了絕大多數面積—換一種說法就是，CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強的光信號，對應的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構成就比較一、CMOS/CCD圖像傳感器的工作原理2

復雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器與模數轉換電路，每個像點的構成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據的面積只是整個元件的一小部分，造成CMOS傳感器的開口率遠低于CCD（開口率：有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值）；這樣在接受同等光照及元件大小相同的情況下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信號就明顯小于CCD元件，靈敏度較低；體現在輸出結果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內容不如CCD傳感器來得豐富，圖像細節(jié)丟失情況嚴重且噪聲明顯，這也是早期CMOS傳感器只能用于低端場合的一大復雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器3

原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點密度無法做到媲美CCD的地步，因為隨著密度的提高，感光元件的比重面積將因此縮小，而CMOS開口率太低，有效感光區(qū)域小得可憐，圖像細節(jié)丟失情況會愈為嚴重。因此在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規(guī)模總是高于同時期的CMOS傳感器，這也是CMOS長期以來都未能進入主流數碼相機市場的重要原因之一。每個感光元件對應圖像傳感器中的一個像點，由于感光元件只能感應光的強度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。在這方面，不同的傳感器廠商有不同的解決方案，原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點4

最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：2：1的構成由四個像點構成一個彩色像素（即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點，剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術則將其中的一個綠色濾光片換為翡翠綠色（英文Emerald，有些媒體稱為E通道），由此組成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一種技術方案，都要四個像點才能夠構成一個彩色像素，這一點大家務必要預先明確。在接受光照之后，感光元件產生對應的電流，電流大小與光強對應，因此感光元件直接輸出的電信號是模擬的。在CCD傳感器中，每一個感光元件都不對此作進一步的處理，而是將它直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，結合該元最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：5

件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推，直到結合最后一個感光元件的信號才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號實在太微弱了，無法直接進行模數轉換工作，因此這些輸出數據必須做統(tǒng)一的放大處理—這項任務是由CCD傳感器中的放大器專門負責，經放大器處理之后，每個像點的電信號強度都獲得同樣幅度的增大；但由于CCD本身無法將模擬信號直接轉換為數字信號，因此還需要一個專門的模數轉換芯片進行處理，最終以二進制數字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。而對于CMOS傳感器，上述工作流程就完全不適用了。CMOS傳感器中一個感光元件都直接整合了放大件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推6

器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光照、產生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉換成對應的數字信號。換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可產生最終的數字輸出，所得數字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發(fā)生在這里，CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無法保證每個像點的放大率都保持嚴格一致，致使放大后的圖像數據無法代表拍攝物體的原貌—體現在最終的輸出結果上，就是圖像中出現大量的噪聲，品質明顯低于CCD傳感器。器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光照、產生模擬的電信7二、Ccd與cmos簡介CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。二、Ccd與cmos簡介CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CC8CMOS：互補性氧化金屬半導體CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像CMOS：互補性氧化金屬半導體CMOS（Complement9三、CCD與cmos的區(qū)別

1.靈敏度差異：由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路)，使得每個象素的感光區(qū)域遠小于象素本身的表面積，因此在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。。

三、CCD與cmos的區(qū)別

1.靈敏度差異：由于CMOS傳10

2.成本差異：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timinggenerator、或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本；除此之外，由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個象素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。2.成本差異：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用11

3.分辨率差異：如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜，其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時，CCD傳感器的分辨率通常會優(yōu)于CMOS傳感器的水平。例如，目前市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸為1/2英寸，象素尺寸為4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸與OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率卻能高達513萬象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。3.分辨率差異：如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比124.噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲就會增加很多，影響圖像品質。4.噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一135.功耗差異：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動式采集，需外加電壓讓每個象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加powerIC)，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。5.功耗差異：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極14綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢，例如，CCD傳感器一直在功耗上作改進，以應用于移動通信市場(這方面的代表業(yè)者為Sanyo)；CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應用于更高端的圖像產品。綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于15CCD的優(yōu)勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的廠商能夠掌握，所以導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數的消費級別以及高端數碼相機都使用CCD作為感應器；CMOS感應器則作為低端產品應用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產的攝想頭使用CCD感應器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應器變成了人們判斷數碼相機檔次的標準之一。

CCD的優(yōu)勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的16CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小。CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為17四、傳感器發(fā)展歷史圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在1873年，當時科學家約瑟·美(JosephMay)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現了硒元素結晶體感光后能產生電流，這是電子影像發(fā)展的開始。以后陸續(xù)有組織和學者研究電子影像，發(fā)明了幾種不同類型的圖像傳感器。其中重要的發(fā)明有20世紀50年代誕生的光學倍增管(PhotoMultiplierTube，簡稱PMT)和70年代出現的電荷耦合裝置(ChargeCoupledDevice，簡稱CCD)。四、傳感器發(fā)展歷史圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在181820世紀末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補氧化金屬半導體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，簡稱CMOS)、接觸式圖像傳感器(ContactlmageSensor，簡稱CIS)和LBCAST傳感器系統(tǒng)(LateralBuriedChargeAccumulator,SensingTransistorArray)。20世紀末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補氧19

1、PMTPMT是最早出現的圖像傳感器，從五十年代發(fā)展到現在，技術已經非常成熟，是目前性能最好的傳感器。它就像一個圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長度約二寸；內置多個電極，將進入的光信號轉化為電信號，即使很微弱的光線也可準確補捉。其最高動態(tài)范圍可達4.2，相對于其它類型只能達到3.2-3.6的傳感器，PMT要勝出不少；而且它非常耐用，可以運作十萬小時以上。但是由于其造價相當高，只能應用于專業(yè)的印刷、出版業(yè)掃描儀及工程分析。類似小燈泡的傳感器“PMT”

1、PMT202、CCDCCD是美國貝爾實驗室于1969年發(fā)明的，與電腦晶片CMOS技術相似，也可作電腦記憶體及邏輯運作晶片。CCD是一種特殊的半導體材料，由大量獨立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的SuperCCD除外)。CCD的感光能力比PMT低，但近年來CCD技術有了長足的進步，又由于CCD的體積小、造價低，所以廣泛應用于掃描儀、數碼相機及數碼攝像機中。目前大多數數碼相機采用的圖像傳感器都是CCD。2、CCD213、cmosCMOS技術已發(fā)展了數十年，CPU和內存便是由CMOS組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。CMOS的優(yōu)點是結構比CCD簡單，耗電量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。自從佳能公司在專業(yè)數碼單反相機EOSD30中采用了CMOS以來，已經有越來越多的數碼單反相機使用它，目前數碼單反相機中幾乎有一半采用CMOS作為圖像傳感器。3、cmos22一、ＣＣＤ圖像傳感器ＣＣＤ（ChargedCoupledDevice）于１９６９年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產，其發(fā)展歷程已經將近３０多年，從初期的１０多萬像素已經發(fā)展至目前主流應用的５００萬像素。ＣＣＤ又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應用于影像掃瞄器及傳真機上，而面型主要應用于數碼相機（DSC）、攝錄影機、監(jiān)視攝影機等多項影像輸入產品上。五、圖像傳感器發(fā)展現狀一、ＣＣＤ圖像傳感器五、圖像傳感器發(fā)展現狀23

ＣＣＤ傳感器的優(yōu)點：

高解析度（HighResolution）低雜訊（LowNoise）高敏感度動態(tài)范圍廣（HighDynamicRange）良好的線性特性曲線（Linearity）高光子轉換效率（HighQuantumEfficiency）大面積感光（LargeFieldofView）光譜響應廣（BroadSpectralResponse）低影像失真（LowImageDistortion）體積小、重量輕：CCD具備體積小且重量輕的特性，因此，可容易地裝置在人造衛(wèi)星及各式導航系統(tǒng)上低耗電力，不受強電磁場影響電荷傳輸效率佳：該效率系數影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊可大批量生產，品質穩(wěn)定，堅固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易ＣＣＤ傳感器的優(yōu)點：高解析度（HighResolu24二、ＣＭＯＳ圖像傳感器ＣＭＯＳ圖像傳感器于８０年代發(fā)明以來，由于當時ＣＭＯＳ工藝制程的技術不高，以致于傳感器在應用中的雜訊較大，商品化進程一直較慢。時至今日，ＣＭＯＳ傳感器的應用范圍也開始非常的廣泛，包括數碼相機、PCCamera、影像電話、第三代手機、視訊會議、智能型保全系統(tǒng)、汽車倒車雷達、玩具，以及工業(yè)、醫(yī)療等用途。在低檔產品方面，其畫質質量已接近低檔ＣＣＤ的解析度，相關業(yè)者希望用ＣＭＯＳ器件取代ＣＣＤ的努力正在逐漸明朗。ＣＭＯＳ傳感器有可細分為：被動式像素傳感器ＣＭＯＳ（PassivePixelSensorCMOS）與主動式像素傳感器ＣＭＯＳ（ActivePixelSensorCMOS）。二、ＣＭＯＳ圖像傳感器25ＣＭＯＳ圖像傳感器屬于新興產品市場，其市場占有率變化不如成熟產業(yè)那般恒常不變，例如在１９９９年時，ＣＭＯＳ市場中，按照出貨比例排名依序為Agilent、OmniVision、STM和Hyundai，其市場占有率分別為２４％、２２％、１４％和１４％，其中ＳＴＭ是歐洲廠商，Ｈｙｕｎｄａｉ是韓國廠商；但只經過一年后的市場競爭，Agilent和OmniVision出貨排名順序仍然分居一、二，且市場占有率分別提升到３７.７％和３０.８％，而STM落居第四，市場占有率大幅滑落至４.８％，至于Ｈｙｕｎｄａｉ更是大幅衰退只剩２.１％的市場占有率，值得一提的是Ｐｈｏｔｏｂｉ在２０００年度的大幅成長，全球市場占有率快速成長至１３.７％，排名全球第三。這三家廠商出貨量就占全球出貨量的８２.２％。從中可以分析，這個產業(yè)的廠商集中度相當密集，所以觀察上述三家廠商的近期動態(tài)和發(fā)展，可看出許產業(yè)和技術未來發(fā)展方向。ＣＭＯＳ圖像傳感器屬于新興產品市場，其市場占有率變化不如成26國外CMOS圖像傳感器發(fā)展現狀

由于CMOS工藝的成熟和固體圖像傳感器技術的研究成果，CMOS圖像傳感器發(fā)展很快，國外各大公司和科研機構已經開發(fā)出多種類型的CMOS圖像傳感器和以CMOS圖像傳感器為核心的攝像系統(tǒng)。低分辨率的有Pinkhill公司生產的廣泛應用于娛樂和玩具行業(yè)的CMOS圖像傳感器芯片、英國VLSIVision公司生產的用于兒童娛樂時即時拍照的新概念相機、韓國漢城國立大學電子工程學院集成系統(tǒng)實驗室利用64×256像素CMOS圖像傳感器陣列開發(fā)的指紋識別系統(tǒng)等。在中、高分辨率應用領域中，美國貝爾實驗室研制的256×256元CMOS有源像素傳感器（CMOS-APS）的像素尺寸為20μm×20μm，在單一5V電壓下工作，動態(tài)范圍可達72dB，英國VLSI公司生產的785×586像素CMOS圖像傳感器，美國噴氣推進實驗室為國家航空和宇宙航空局設計制造了用于彩色相機的1024×1024像素CMOS-APS。美國斯坦福大學電子工程系信息系統(tǒng)實驗室采用0.35μm、4層金屬、單層多晶硅n阱CMOS工藝研制出了具有寬動態(tài)范圍的640×512像素CMOS-APS。像素尺寸為10.5μm×10.5μm，填充系數為29%，電源電壓為33V，暗電流為160pA/cm2，靈敏度為5.1mV/e-，動態(tài)范圍為655536：1，最大幀速為250幀/秒。國外CMOS圖像傳感器發(fā)展現狀由于CMOS工藝的成熟和固體27.國內CMOS圖像傳感器研制狀況在國內，西安交通大學、浙江大學、復旦大學、中國紡織大學、重慶大學、臺灣大學、文嘩科技香港有限公司等單位都開展了CMOS圖像傳感器的研制和應用開發(fā)工作，并取得了較大的進展。西安交通大學開元微電子科技有限公司使用美國CompassDesignAutomation公司的EDA軟件開發(fā)出一系列CMOS單片攝像機ASIC芯片M-10、M-20A、M-20B、M-20C。器件的分辨率、穩(wěn)定性、信噪比都比目前進口芯片有較大改善，并且在集成度方面有了進一步提高。用上述CMOS單片攝像機ASIC芯片M10組裝成的微型攝像頭是綜合國際90年代視覺技術的新一代CMOS攝像器件。微型攝像頭可輸出PAL制黑白圖像全電視信號，直接在顯示器（監(jiān)視器、電視機等）上顯示。也可以作為計算機多媒體應用的圖像輸入部件，并能通過錄像機錄下圖像。.國內CMOS圖像傳感器研制狀況在國內，西安交通大學、浙江28單片CMOS攝像機ASIC芯片M10集成了攝像器件的所有功能，包括1/3英寸CMOS圖像傳感器陣列、掃描讀出電路、放大電路、全電視信號產生電路等。M10還具有自動曝光控制、自動增益控制和黑白電平自動校正等功能。用M10組裝成的UP-10微型攝像頭與傳統(tǒng)的CCD攝像頭相比，在體積、功耗與價格上占有很大的優(yōu)勢。UR-10微型攝像頭最突出的優(yōu)點是對人眼不可見的紅外光特別敏感，例如一個點燃的煙頭及紅外線遙控器的發(fā)射光，對著攝像鏡頭則顯示屏就會出現很強的自光，白天或黑夜都沒有什么區(qū)別，對于防盜監(jiān)控來講，甚為適宜。可以利用紅外光源照射被監(jiān)視區(qū)域，即使在伸手不見五指的黑夜，也能讓盜賊無所遁形。該微型攝像頭可廣泛應用于工廠、學校、礦區(qū)、住宅區(qū)、港口、工地、庫房、家庭、別墅、果場、養(yǎng)殖場、超級市場、銀行、交通、多媒體電腦等場合。開元微電子科技有限公司己研制出369×287，768×574，640×480和512×512像元CMOS圖像傳感器，并用這些器件開發(fā)成功了M-X型系列CMOS微型攝像機。單片CMOS攝像機ASIC芯片M10集成了攝像器件的所有功能29

六、

應用及市場前景

CMOS圖像傳感器是信息獲取與處理領域里圖像處理技術中最重要的一部分，是PC機多媒體大世界今后不可缺少的外設，也是保安監(jiān)控產業(yè)中最核心的器件。在知識經濟和信息社會已經到來的今天，它在我們的社會生活和個人生活中會有數不勝數的應用。CMOS圖像傳感器比CCD圖像傳感器功耗更低，而且體積也可以進一步縮小，能大批量生產、低噪聲，寬動態(tài)范圍，寬光譜靈敏度，體積小，價格便宜，容易實現商品化，適用于超微型數碼相機、便攜式可視電話、PC機電腦眼、可視門鈴、掃描儀、攝像機、安防監(jiān)控、汽車防盜、機器視覺、車載電話、指紋識別等圖像領域。六、應用及市場前景30目前我國可視門鈴或可視電話都是CCD非隱蔽式的，隨著治安要求的不斷提高，為確保門外或室內外的攝像系統(tǒng)不被破壞，在室內外發(fā)展隱蔽式攝像系統(tǒng)將成為家用消費系統(tǒng)的主流與趨勢。CMOS圖像傳感器功耗小，配以高效可充電電池，即使全天候工作，也不會引起電路過熱，導致圖像質量變差。CMOS圖像傳感器芯片還有一個優(yōu)點，光譜敏感范圍在近紅外光波段比可見光的靈敏度高出5~6倍，配以適當紅外照明，則有更好的夜視功能，這對偵破和反犯罪活動非常有用。在醫(yī)療領域，可將CMOS圖像傳感器應用于一種醫(yī)療X射線機，該機的優(yōu)點是病人所受X射線的劑量較小，比傳統(tǒng)方式的1/100還要低，同時其形成的數字圖像不僅比X射線膠片更易保存，而且由于它可以進行進一步的修改、比較等操作，所以還可以為醫(yī)生進行診斷和治療提供幫助。目前我國可視門鈴或可視電話都是CCD非隱蔽式的，隨著治安要求31另外，心臟外科醫(yī)生可在患者胸部安裝一個超微型CMOS攝像機（俗稱“電子眼”），以便在手術后監(jiān)視手術效果，CCD圖像傳感器組裝的攝像機，由于體積大于CMOS攝像機就很難實現這種應用。再加上CMOS圖像傳感器耗電量?。ㄍǔＪ荂CD的l/10），成本低（是CCD的1/20），像素缺陷率低（是CCD的1/20）等優(yōu)勢，只要開發(fā)出可以達到CCD技術應用領域要求的CMOS產品，就可方便地取代CCD圖像傳感器已經占領的市場。今后五年內，全球CMOS圖像傳感器銷售量將猛增，隨著CMOS圖像傳感器技術日新月異的進步，其應用范圍不斷拓寬，全球CMOS圖像傳感器市場銷售量也逐年大幅度增長。據美國國際市場調查公司的統(tǒng)計和預測報告顯示，1997年，全球CMOS圖像傳感器銷售總額為054億美元，1998年增至218億美元：1999年增至10.03億美元。專家們認為21世紀初全球CMOS圖像傳感器市場將會呈現一派紅紅火火的興旺景象。另外，心臟外科醫(yī)生可在患者胸部安裝一個超微型CMOS攝像機（32七、發(fā)展趨勢

由于CMOS圖像傳感器的集成度高，各像元之間的距離很近，干擾比較嚴重，噪聲對成像質量影響大，現有CCD圖像傳感器的制作技術起步早，技術成熟，成像質量相對CMOS圖像傳感器有一定的優(yōu)勢。但是存在著成品率低、成本高、藍光晌應差、工藝特殊、不能單片集成、芯片體積較大、電學功能不夠齊全、有光暈等缺點。CMOS圖像傳感器芯片則克服了這些缺點。CMOS圖像傳感器雖然在發(fā)展初期走過一段彎路，但后來隨著亞微米和深亞微米工藝技術以及CMOS電路消噪技術的進步，采用新工藝和改善相關雙采樣電路有效降低了固定圖形噪聲，采用微透鏡陣列技術有效提高了填充系數，采用針形和掩埋型光敏二極管以及更小只寸的CMOS工藝有效降低了暗電流。目前，CMOS圖像傳感器正朝著高分辨率、高動態(tài)范圍、高靈敏度、高幀速、集成化、數字化、智能化的方向發(fā)展。七、發(fā)展趨勢由于CMOS圖像傳感器的集成度高，各像33人們主要致力于提高CMOS圖像傳感器，尤其是CMOS-APS的綜合性能，縮小像元只寸，調整CMOS工藝參數，將時鐘和控制電路、信號處理電路、A/D電路、圖像：壓縮等電路與圖像傳感器陣列完全集成在一起，并制作濾色片和微透鏡陣列，以期實現低成本、低功耗、高度集成的單芯片成像微系統(tǒng)?，F在，二種階躍的復位柵電壓技術能將CMOS-APS的動態(tài)范圍提高到90dB以上，而一般CCD的動態(tài)范圍則僅為70dB左右。另外，CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、高集成度、新型USB計算機接口、自動記時、隨機存取、無損讀取、抗光暈和耐輻射等特點使其有不肯抗拒的廣闊的市場誘惑力和良好的發(fā)展前景。高性能、高分辨率、高幀速工作的CMOS攝像機己問世，CMOS數碼相機、微型和超微型攝像機己進入商品化。隨著數字電視、可視通信市場的興旺，CMOS圖像傳感器的應用前景更加廣闊。人們主要致力于提高CMOS圖像傳感器，尤其是CMOS-APS34八、圖像傳感器的應用數碼相機與相機電話是圖像傳感器的主要應用對象，數碼相機通常被劃分為高端(400萬象素以上)、中端(330、210萬象素)與低端(百萬象素以下)三部分，我們認為在OV陸續(xù)推出210萬、330萬象素的產品之后，CMOS圖像傳感器將在市場占有率最大的中端產品方面逐步成長，這無疑將對提高CMOS傳感器的占有率發(fā)揮積極作用。

八、圖像傳感器的應用數碼相機與相機電話是圖像傳感器的主35九、CMOS傳感器仍有以下問題需要解決成本問題：商家所規(guī)劃的技術藍圖顯示，計劃于2003上半年推出330萬象素的CMOS傳感器芯片尺寸為1/2英寸左右，但與目前市面上可見的1/2英寸CCD傳感器相比，其最高分辨率可達500萬象素以上；再者，目前330萬象素的CCD傳感器的尺寸已可縮小到1/2.7英寸左右，理論上要推出1/3.2英寸的330萬象素CCD也不是一件難事；因此，這些高端的CMOS傳感器在量產初期仍難以在成本上與CCD傳感器競爭。圖像品質與外圍零部件的配合：根據下游商家對220萬象素CMOS傳感器評估的結果，目前CMOS傳感器的圖像品質仍與CCD有相當大的差距；除此之外，外圍零部件(如鏡頭)是否能配合高端的CMOS傳感器推出對應產品，也是影響CMOS傳感器普及的重要因素之一。九、CMOS傳感器仍有以下問題需要解決成本問題：36

相機電話

CMOS傳感器被認為是相機電話的理想解決方案，不過CCD傳感器在Sanyo的大力推廣下，采用frametransmission的方式來降低其功耗，反而成為目前日本相機電話的主流選擇。相機電話CMOS傳感器被認為是相機電話的理想解決方案，37數碼相機數碼相機通常被劃分為高端(400萬象素以上)、中端(330、210萬象素)與低端(百萬象素以下)三部分，CMOS圖像傳感器將在市場占有率最大的中端產品方面逐步成長，這無疑對提高CMOS傳感器的占有率發(fā)揮積極作用。數碼相機數碼相機通常被劃分為高端(400萬象素以上)、38

圖像傳感器

(CMOS和CCD圖像傳感器)圖像傳感器

(CMOS和CCD圖像傳感器)39一、CMOS/CCD圖像傳感器的工作原理

無論是CCD還是CMOS，它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管（photodiode），該二極管在接受光線照射之后能夠產生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應。但在周邊組成上，CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二極管之外，包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元，感光二極管占據了絕大多數面積—換一種說法就是，CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強的光信號，對應的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構成就比較一、CMOS/CCD圖像傳感器的工作原理40

復雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器與模數轉換電路，每個像點的構成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據的面積只是整個元件的一小部分，造成CMOS傳感器的開口率遠低于CCD（開口率：有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值）；這樣在接受同等光照及元件大小相同的情況下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信號就明顯小于CCD元件，靈敏度較低；體現在輸出結果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內容不如CCD傳感器來得豐富，圖像細節(jié)丟失情況嚴重且噪聲明顯，這也是早期CMOS傳感器只能用于低端場合的一大復雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器41

原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點密度無法做到媲美CCD的地步，因為隨著密度的提高，感光元件的比重面積將因此縮小，而CMOS開口率太低，有效感光區(qū)域小得可憐，圖像細節(jié)丟失情況會愈為嚴重。因此在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規(guī)?？偸歉哂谕瑫r期的CMOS傳感器，這也是CMOS長期以來都未能進入主流數碼相機市場的重要原因之一。每個感光元件對應圖像傳感器中的一個像點，由于感光元件只能感應光的強度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。在這方面，不同的傳感器廠商有不同的解決方案，原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點42

最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：2：1的構成由四個像點構成一個彩色像素（即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點，剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術則將其中的一個綠色濾光片換為翡翠綠色（英文Emerald，有些媒體稱為E通道），由此組成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一種技術方案，都要四個像點才能夠構成一個彩色像素，這一點大家務必要預先明確。在接受光照之后，感光元件產生對應的電流，電流大小與光強對應，因此感光元件直接輸出的電信號是模擬的。在CCD傳感器中，每一個感光元件都不對此作進一步的處理，而是將它直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，結合該元最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：43

件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推，直到結合最后一個感光元件的信號才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號實在太微弱了，無法直接進行模數轉換工作，因此這些輸出數據必須做統(tǒng)一的放大處理—這項任務是由CCD傳感器中的放大器專門負責，經放大器處理之后，每個像點的電信號強度都獲得同樣幅度的增大；但由于CCD本身無法將模擬信號直接轉換為數字信號，因此還需要一個專門的模數轉換芯片進行處理，最終以二進制數字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。而對于CMOS傳感器，上述工作流程就完全不適用了。CMOS傳感器中一個感光元件都直接整合了放大件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推44

器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光照、產生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉換成對應的數字信號。換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可產生最終的數字輸出，所得數字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發(fā)生在這里，CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無法保證每個像點的放大率都保持嚴格一致，致使放大后的圖像數據無法代表拍攝物體的原貌—體現在最終的輸出結果上，就是圖像中出現大量的噪聲，品質明顯低于CCD傳感器。器和模數轉換邏輯，當感光二極管接受光照、產生模擬的電信45二、Ccd與cmos簡介CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。二、Ccd與cmos簡介CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CC46CMOS：互補性氧化金屬半導體CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像CMOS：互補性氧化金屬半導體CMOS（Complement47三、CCD與cmos的區(qū)別

1.靈敏度差異：由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路)，使得每個象素的感光區(qū)域遠小于象素本身的表面積，因此在象素尺寸相同的情況下，CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。。

三、CCD與cmos的區(qū)別

1.靈敏度差異：由于CMOS傳48

2.成本差異：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝，可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timinggenerator、或DSP等)集成到傳感器芯片中，因此可以節(jié)省外圍芯片的成本；除此之外，由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個象素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多，即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平，因此，CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。2.成本差異：由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用49

3.分辨率差異：如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜，其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平，因此，當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時，CCD傳感器的分辨率通常會優(yōu)于CMOS傳感器的水平。例如，目前市面上CMOS傳感器最高可達到210萬象素的水平(OmniVision的OV2610，2002年6月推出)，其尺寸為1/2英寸，象素尺寸為4.25μm，但Sony在2002年12月推出了ICX452，其尺寸與OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率卻能高達513萬象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。3.分辨率差異：如上所述，CMOS傳感器的每個象素都比504.噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個放大器所得到的結果保持一致，因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪聲就會增加很多，影響圖像品質。4.噪聲差異：由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一515.功耗差異：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出，但CCD傳感器為被動式采集，需外加電壓讓每個象素中的電荷移動，而此外加電壓通常需要達到12~18V；因此，CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加powerIC)，高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。5.功耗差異：CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極52綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于CMOS傳感器，而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過，隨著CCD與CMOS傳感器技術的進步，兩者的差異有逐漸縮小的態(tài)勢，例如，CCD傳感器一直在功耗上作改進，以應用于移動通信市場(這方面的代表業(yè)者為Sanyo)；CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足，以應用于更高端的圖像產品。綜上所述，CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優(yōu)于53CCD的優(yōu)勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的廠商能夠掌握，所以導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數的消費級別以及高端數碼相機都使用CCD作為感應器；CMOS感應器則作為低端產品應用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產的攝想頭使用CCD感應器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應器變成了人們判斷數碼相機檔次的標準之一。

CCD的優(yōu)勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的54CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小。CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為55四、傳感器發(fā)展歷史圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在1873年，當時科學家約瑟·美(JosephMay)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現了硒元素結晶體感光后能產生電流，這是電子影像發(fā)展的開始。以后陸續(xù)有組織和學者研究電子影像，發(fā)明了幾種不同類型的圖像傳感器。其中重要的發(fā)明有20世紀50年代誕生的光學倍增管(PhotoMultiplierTube，簡稱PMT)和70年代出現的電荷耦合裝置(ChargeCoupledDevice，簡稱CCD)。四、傳感器發(fā)展歷史圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在185620世紀末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補氧化金屬半導體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，簡稱CMOS)、接觸式圖像傳感器(ContactlmageSensor，簡稱CIS)和LBCAST傳感器系統(tǒng)(LateralBuriedChargeAccumulator,SensingTransistorArray)。20世紀末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補氧57

1、PMTPMT是最早出現的圖像傳感器，從五十年代發(fā)展到現在，技術已經非常成熟，是目前性能最好的傳感器。它就像一個圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長度約二寸；內置多個電極，將進入的光信號轉化為電信號，即使很微弱的光線也可準確補捉。其最高動態(tài)范圍可達4.2，相對于其它類型只能達到3.2-3.6的傳感器，PMT要勝出不少；而且它非常耐用，可以運作十萬小時以上。但是由于其造價相當高，只能應用于專業(yè)的印刷、出版業(yè)掃描儀及工程分析。類似小燈泡的傳感器“PMT”

1、PMT582、CCDCCD是美國貝爾實驗室于1969年發(fā)明的，與電腦晶片CMOS技術相似，也可作電腦記憶體及邏輯運作晶片。CCD是一種特殊的半導體材料，由大量獨立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的SuperCCD除外)。CCD的感光能力比PMT低，但近年來CCD技術有了長足的進步，又由于CCD的體積小、造價低，所以廣泛應用于掃描儀、數碼相機及數碼攝像機中。目前大多數數碼相機采用的圖像傳感器都是CCD。2、CCD593、cmosCMOS技術已發(fā)展了數十年，CPU和內存便是由CMOS組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。CMOS的優(yōu)點是結構比CCD簡單，耗電量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。自從佳能公司在專業(yè)數碼單反相機EOSD30中采用了CMOS以來，已經有越來越多的數碼單反相機使用它，目前數碼單反相機中幾乎有一半采用CMOS作為圖像傳感器。3、cmos60一、ＣＣＤ圖像傳感器ＣＣＤ（ChargedCoupledDevice）于１９６９年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產，其發(fā)展歷程已經將近３０多年，從初期的１０多萬像素已經發(fā)展至目前主流應用的５００萬像素。ＣＣＤ又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應用于影像掃瞄器及傳真機上，而面型主要應用于數碼相機（DSC）、攝錄影機、監(jiān)視攝影機等多項影像輸入產品上。五、圖像傳感器發(fā)展現狀一、ＣＣＤ圖像傳感器五、圖像傳感器發(fā)展現狀61

ＣＣＤ傳感器的優(yōu)點：

高解析度（HighResolution）低雜訊（LowNoise）高敏感度動態(tài)范圍廣（HighDynamicRange）良好的線性特性曲線（Linearity）高光子轉換效率（HighQuantumEfficiency）大面積感光（LargeFieldofView）光譜響應廣（BroadSpectralResponse）低影像失真（LowImageDistortion）體積小、重量輕：CCD具備體積小且重量輕的特性，因此，可容易地裝置在人造衛(wèi)星及各式導航系統(tǒng)上低耗電力，不受強電磁場影響電荷傳輸效率佳：該效率系數影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊可大批量生產，品質穩(wěn)定，堅固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易ＣＣＤ傳感器的優(yōu)點：高解析度（HighResolu62二、ＣＭＯＳ圖像傳感器ＣＭＯＳ圖像傳感器于８０年代發(fā)明以來，由于當時ＣＭＯＳ工藝制程的技術不高，以致于傳感器在應用中的雜訊較大，商品化進程一直較慢。時至今日，ＣＭＯＳ傳感器的應用范圍也開始非常的廣泛，包括數碼相機、PCCamera、影像電話、第三代手機、視訊會議、智能型保全系統(tǒng)、汽車倒車雷達、玩具，以及工業(yè)、醫(yī)療等用途。在低檔產品方面，其畫質質量已接近低檔ＣＣＤ的解析度，相關業(yè)者希望用ＣＭＯＳ器件取代ＣＣＤ的努力正在逐漸明朗。ＣＭＯＳ傳感器有可細分為：被動式像素傳感器ＣＭＯＳ（PassivePixelSensorCMOS）與主動式像素傳感器ＣＭＯＳ（ActivePixelSensorCMOS）。二、ＣＭＯＳ圖像傳感器63ＣＭＯＳ圖像傳感器屬于新興產品市場，其市場占有率變化不如成熟產業(yè)那般恒常不變，例如在１９９９年時，ＣＭＯＳ市場中，按照出貨比例排名依序為Agilent、OmniVision、STM和Hyundai，其市場占有率分別為２４％、２２％、１４％和１４％，其中ＳＴＭ是歐洲廠商，Ｈｙｕｎｄａｉ是韓國廠商；但只經過一年后的市場競爭，Agilent和OmniVision出貨排名順序仍然分居一、二，且市場占有率分別提升到３７.７％和３０.８％，而STM落居第四，市場占有率大幅滑落至４.８％，至于Ｈｙｕｎｄａｉ更是大幅衰退只剩２.１％的市場占有率，值得一提的是Ｐｈｏｔｏｂｉ在２０００年度的大幅成長，全球市場占有率快速成長至１３.７％，排名全球第三。這三家廠商出貨量就占全球出貨量的８２.２％。從中可以分析，這個產業(yè)的廠商集中度相當密集，所以觀察上述三家廠商的近期動態(tài)和發(fā)展，可看出許產業(yè)和技術未來發(fā)展方向。ＣＭＯＳ圖像傳感器屬于新興產品市場，其市場占有率變化不如成64國外CMOS圖像傳感器發(fā)展現狀

由于CMOS工藝的成熟和固體圖像傳感器技術的研究成果，CMOS圖像傳感器發(fā)展很快，國外各大公司和科研機構已經開發(fā)出多種類型的CMOS圖像傳感器和以CMOS圖像傳感器為核心的攝像系統(tǒng)。低分辨率的有Pinkhill公司生產的廣泛應用于娛樂和玩具行業(yè)的CMOS圖像傳感器芯片、英國VLSIVision公司生產的用于兒童娛樂時即時拍照的新概念相機、韓國漢城國立大學電子工程學院集成系統(tǒng)實驗室利用64×256像素CMOS圖像傳感器陣列開發(fā)的指紋識別系統(tǒng)等。在中、高分辨率應用領域中，美國貝爾實驗室研制的256×256元CMOS有源像素傳感器（CMOS-APS）的像素尺寸為20μm×20μm，在單一5V電壓下工作，動態(tài)范圍可達72dB，英國VLSI公司生產的785×586像素CMOS圖像傳感器，美國噴氣推進實驗室為國家航空和宇宙航空局設計制造了用于彩色相機的1024×1024像素CMOS-APS。美國斯坦福大學電子工程系信息系統(tǒng)實驗室采用0.35μm、4層金屬、單層多晶硅n阱CMOS工藝研制出了具有寬動態(tài)范圍的640×512像素CMOS-APS。像素尺寸為10.5μm×10.5μm，填充系數為29%，電源電壓為33V，暗電流為160pA/cm2，靈敏度為5.1mV/e-，動態(tài)范圍為655536：1，最大幀速為250幀/秒。國外CMOS圖像傳感器發(fā)展現狀由于CMOS工藝的成熟和固體65.國內CMOS圖像傳感器研制狀況在國內，西安交通大學、浙江大學、復旦大學、中國紡織大學、重慶大學、臺灣大學、文嘩科技香港有限公司等單位都開展了CMOS圖像傳感器的研制和應用開發(fā)工作，并取得了較大的進展。西安交通大學開元微電子科技有限公司使用美國CompassDesignAutomation公司的EDA軟件開發(fā)出一系列CMOS單片攝像機ASIC芯片M-10、M-20A、M-20B、M-20C。器件的分辨率、穩(wěn)定性、信噪比都比目前進口芯片有較大改善，并且在集成度方面有了進一步提高。用上述CMOS單片攝像機ASIC芯片M10組裝成的微型攝像頭是綜合國際90年代視覺技術的新一代CMOS攝像器件。微型攝像頭可輸出PAL制黑白圖像全電視信號，直接在顯示器（監(jiān)視器、電視機等）上顯示。也可以作為計算機多媒體應用的圖像輸入部件，并能通過錄像機錄下圖像。.國內CMOS圖像傳感器研制狀況在國內，西安交通大學、浙江66單片CMOS攝像機ASIC芯片M10集成了攝像器件的所有功能，包括1/3英寸CMOS圖像傳感器陣列、掃描讀出電路、放大電路、全電視信號產生電路等。M10還具有自動曝光控制、自動增益控制和黑白電平自動校正等功能。用M10組裝成的UP-10微型攝像頭與傳統(tǒng)的CCD攝像頭相比，在體積、功耗與價格上占有很大的優(yōu)勢。UR-10微型攝像頭最突出的優(yōu)點是對人眼不可見的紅外光特別敏感，例如一個點燃的煙頭及紅外線遙控器的發(fā)射光，對著攝像鏡頭則顯示屏就會出現很強的自光，白天或黑夜都沒有什么區(qū)別，對于防盜監(jiān)控來講，甚為適宜?？梢岳眉t外光源照射被監(jiān)視區(qū)域，即使在伸手不見五指的黑夜，也能讓盜賊無所遁形。該微型攝像頭可廣泛應用于工廠、學校、礦區(qū)、住宅區(qū)、港口、工地、庫房、家庭、別墅、果場、養(yǎng)殖場、超級市場、銀行、交通、多媒體電腦等場合。開元微電子科技有限公司己研制出369×287，768×574，640×480和512×512像元CMOS圖像傳感器，并用這些器件開發(fā)成功了M-X型系列CMOS微型攝像機。單片CMOS攝像機ASIC芯片M10集成了攝像器件的所有功能67

六、

應用及市場前景

CMOS圖像傳感器是信息獲取與處理領域里圖像處理技術中最重要的一部分，是PC機多媒體大世界今后不可缺少的外設，也是保安監(jiān)控產業(yè)中最核心的器件。在知識經濟和信息社會已經到來的今天，它在我們的社會生活和個人生活中會有數不勝數的應用。CMOS圖像傳感器比CCD圖像傳感器功耗更低，而且體積也可以進一步縮小，能大批量生產、低噪聲，寬動態(tài)范圍，寬光譜靈敏度，體積小，價格便宜，容易實現商品化，適用于超微型數碼相機、便攜式可視電話、PC機電腦眼、可視門鈴、掃描儀、攝像機、安防監(jiān)控、汽車防盜、機器視覺、車載電話、指紋識別等圖像領域。六、應用及市場前景68目前我國可視門鈴或可視電話都是CCD非隱蔽式的，隨著治安要求的不斷提高，為確保門外或室內外的攝像系統(tǒng)不被破壞，在室內外發(fā)展隱蔽式攝像系統(tǒng)將成為家用消費系統(tǒng)的主流與趨勢。CMOS圖像傳感器功耗小，配以高效可充電電池，即使全天候工作，也不會引起電路過熱，導致圖像質量變差。CMOS圖像傳感器芯片還有一個優(yōu)點，光譜敏感范圍在近紅外光波段比可見光的靈敏度高出5~6倍，配以適當紅外照明，則有更好的夜視功能，這對偵破和反犯罪活動非常有用。在醫(yī)療領域，可將CMOS圖像傳感器應用于一種醫(yī)療X射線機，該機的優(yōu)點是病人所受X射線的劑量較小，比傳統(tǒng)方式的1/100還要低，同時其形