vlsi技術(shù)在c圖像識別中的應(yīng)用

vlsi技術(shù)在c圖像識別中的應(yīng)用

1有機晶圓圖像傳感器c圖像傳感器的研究始于20世紀(jì)60年代末，由于技術(shù)的限制，其開發(fā)和應(yīng)用有限。直到20世紀(jì)90年代初,隨著大規(guī)模集成電路設(shè)計技術(shù)和信號處理技術(shù)的提高,CMOS圖像傳感器才日益受到重視[1~3],成為固體圖像傳感器的研發(fā)熱點。近幾年來,隨著集成電路設(shè)計技術(shù)和工藝水平的長足進步,CMOS圖像傳感器的一些性能指標(biāo)已接近甚至超過CCD圖像傳感器[4~6]。本文簡要介紹了CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理,詳細比較了CMOS圖像傳感器與CCD的性能特點,討論了CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵技術(shù)問題,并給出了相應(yīng)的解決途徑,綜述了CMOS圖像傳感器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,最后對CMOS圖像傳感器的發(fā)展趨勢進行了展望。2行選通邏輯單元CMOS圖像傳感器的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示[7~9],一般由像素陣列、行選通邏輯、列選通邏輯、定時和控制電路、在片模擬信號處理器(ASP)構(gòu)成,高級的CMOS圖像傳感器還集成有在片模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。行選通邏輯和列選通邏輯可以是移位寄存器,也可以是譯碼器,其中的行選通邏輯單元可以對像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選通邏輯單元與列選通邏輯單元配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功能。定時和控制電路限制信號讀出模式、設(shè)定積分時間、控制數(shù)據(jù)輸出率等。在片模擬信號處理器是完成相關(guān)雙取樣、信號積分、放大、取樣/保持、雙Δ取樣等功能,對信號進行放大處理,提高信噪比(SNR)。在片模數(shù)轉(zhuǎn)換器是數(shù)字成像系統(tǒng)所必需的,CMOS圖像傳感器可以是整個成像陣列有一個ADC或幾個ADC(每種顏色一個),也可以是成像陣列每列各一個。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。行選通邏輯單元根據(jù)需要,選通相應(yīng)的行像素單元。行像素單元內(nèi)的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸?shù)綄?yīng)的模擬信號處理單元以及ADC,轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號輸出。與CCD相比,這種結(jié)構(gòu)提供了隨機進入像元、以非常高的幀速率直接開窗口的能力,同時避免了CCD中大量電荷轉(zhuǎn)移很長距離的情況。3圖像傳感器與cd的性能的比較3.1像素的面積不同靈敏度代表圖像傳感器的光敏單元收集光子產(chǎn)生電荷信號的能力。CCD的感光信號以行為單位傳輸,電路占據(jù)像素的面積比較小,這樣像素點對光的感受就高些;而CMOS圖像傳感器的每個像素由多個晶體管與一個感光二極管構(gòu)成(含放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路),使得每個像素的感光區(qū)域只占據(jù)像素本身很小的面積,像素點對光的感受就低。因此,在像素尺寸相同的情況下,CCD圖像傳感器的靈敏度要高于CMOS圖像傳感器。3.2傳感器的尺寸與尺寸CMOS圖像傳感器上集成有放大器、定時器和ADC等電路,每個像素都比CCD復(fù)雜,因而電路所占像素的面積也大,所以相同尺寸的傳感器,CCD可以做得更密。通常CCD圖像傳感器的分辨率會優(yōu)于CMOS圖像傳感器。3.3噪聲帶寬:cd、按照視頻頻率的選擇適用CCD與CMOS圖像傳感器在結(jié)構(gòu)上的不同,使得它們的讀出噪聲有很大的差別。CCD中的噪聲主要是在最高帶寬產(chǎn)生的,而CMOS圖像傳感器由于采用的是列并行結(jié)構(gòu),因此噪聲帶寬是由行讀出帶寬決定的。CCD中噪聲隨視頻頻率的增加而增加,而CMOS圖像傳感器的噪聲與視頻頻率無關(guān)。由于CMOS圖像傳感器每個像元都需搭配一個放大器,如果以百萬像素計,那么就需要百萬個以上的放大器。而放大器屬于模擬電路,很難讓每個放大器所得到的結(jié)果保持一致。因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD圖像傳感器相比,CMOS圖像傳感器的噪聲就會增加很多,這將會影響到圖像品質(zhì)。3.4圖像傳感器在有光照和暗環(huán)境下的均勻性理想狀態(tài)下各個像元在均勻光照的條件下的輸出應(yīng)當(dāng)是相同的,但是由于硅圓片工藝的微小變化、硅片及工藝加工引入缺陷、放大器變化等導(dǎo)致圖像傳感器光響應(yīng)不均勻。響應(yīng)均勻性包括有光照和無光照(暗環(huán)境)兩種環(huán)境條件。CMOS圖像傳感器由于每個像元中均有開環(huán)放大器,器件加工工藝的微小變化導(dǎo)致放大器的偏置及增益產(chǎn)生可觀的差異,且隨著像元尺寸進一步縮小,差異將進一步擴大,這使得在有光照和暗環(huán)境兩種條件下CMOS圖像傳感器的響應(yīng)均勻性較CCD有較大差距。盡管如此,可以采用反饋放大器等技術(shù)改進CMOS圖像傳感器在有光照條件下的均勻性,使之接近CCD的水平。另一方面,盡管CMOS圖像傳感器研制者投入大量的努力降低暗環(huán)境下器件響應(yīng)的非均勻性,但是現(xiàn)在它仍然無法達到CCD的水平。這個參數(shù)在高速應(yīng)用中尤為重要,因為在高速應(yīng)用中由于信號弱,暗環(huán)境條件下的非均勻性將顯著降低圖像質(zhì)量。3.5局部圖像傳輸:局部像素視頻監(jiān)控系統(tǒng),原理一般應(yīng)做多數(shù)由于CCD采用串行連續(xù)掃描的工作方式,必須一次性讀出整行或整列的像素數(shù)據(jù)。而CMOS圖像傳感器由于采用單點信號傳輸,通過簡單的X-Y尋址技術(shù),允許從整個排列、部分甚至單元來讀出數(shù)據(jù),從而提高尋址速度,實現(xiàn)更快的信號傳輸,而且能對局部像素圖像進行隨機訪問,增加了工作靈活性。通常的CCD圖像傳感器的信號讀出速率不超過70Mpixels/s,CMOS圖像傳感器信號讀出速率可達1000Mpixels/s[10~13]。3.6多芯片集成的s圖像傳感器目前,絕大部分CCD的驅(qū)動電路及模擬、數(shù)字處理電路尚未集成在同一芯片上。而CMOS圖像傳感器同VLSI之間具有良好的兼容性,可以把驅(qū)動與控制系統(tǒng)(CDS)、ADC和信號處理等電路集成在一塊芯片上,形成單片高集成度數(shù)字成像系統(tǒng)。這一點對于日益得到廣泛應(yīng)用的微型成像系統(tǒng)尤其重要。隨著微加工技術(shù)的不斷發(fā)展,系統(tǒng)的集成度將不斷提高。3.7高效電荷轉(zhuǎn)移能力CMOS圖像傳感器的圖像采集方式為主動式,即感光二極管所產(chǎn)生的電荷會直接由晶體管放大輸出;而CCD為被動式采集,必須外加電壓讓每個像素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12~18V。因此,CCD還必須有更精密的電源線路設(shè)計和耐壓強度。由此可見,CCD需要外部控制信號和時鐘信號來獲得滿意的電荷轉(zhuǎn)移效率,還需要多個電源和電壓調(diào)節(jié)器,因此功耗大。CMOS圖像傳感器使用單一工作電壓,功耗低,僅相當(dāng)于CCD功耗的1/8,在節(jié)能方面具有很大的優(yōu)勢,有利于延長便攜式、機載或星載電子設(shè)備的使用時間。3.8cds圖像傳感器由于CMOS圖像傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體制造工藝,可以輕易地將周邊電路(如AGC,CDS,時鐘和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;而CCD圖像傳感器需要特殊工藝,使用專用生產(chǎn)流程,而且控制CCD圖像傳感器的成品率會比CMOS圖像傳感器困難的多。因此,與CCD相比,CMOS圖像傳感器在制造成本上具有優(yōu)勢。3.9基于不同波長的圖像傳感器的靈敏度比較CMOS圖像傳感器除了對可見光,對紅外光也非常敏感,在890~980nm范圍內(nèi)其靈敏度遠高于CCD圖像傳感器的靈敏度,并且隨波長增加而衰減的梯度也相對較慢。如能設(shè)計制造出在1~3μm波長范圍內(nèi)敏感的CMOS圖像傳感器,在夜戰(zhàn)和夜間監(jiān)控上將有更廣泛的應(yīng)用。3.10等價的可靠性CMOS圖像傳感器和CCD在商用及工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域具有等價的可靠性。在極端惡劣的應(yīng)用環(huán)境中,由于CMOS圖像傳感器將大部分相機電路集成在一個芯片上,焊點與接頭大大減少,其可靠性要優(yōu)于CCD圖像傳感器。3.11抗輻射能力比較由于CCD的像素由MOS電容構(gòu)成,電荷激發(fā)的量子效應(yīng)易受輻射線的影響;而CMOS圖像傳感器的像素由光電二極管或光柵構(gòu)成,因此,CMOS圖像傳感器的抗輻射能力比CCD大十多倍,這有利于軍用和強輻射環(huán)境下應(yīng)用?？梢?與CCD相比,CMOS圖像傳感器具有集成度高、功耗低、成本低、速度快、響應(yīng)范圍寬、抗輻射性強等優(yōu)點。CCD在靈敏度、動態(tài)范圍和成像質(zhì)量等方面均優(yōu)于CMOS圖像傳感器,這也是目前大部分高端固體攝像器件仍采用CCD的原因。4關(guān)鍵問題和解決辦法4.1工件上產(chǎn)生暗電流暗電流是CMOS圖像傳感器的難題之一。CMOS成像器件均有較大的像素尺寸,因此,在正常范圍內(nèi)也會產(chǎn)生一定的暗電流。暗電流限制了器件的靈敏度和動態(tài)范圍。通過改進CMOS工藝,降低溫度,壓縮結(jié)面積,可降低暗電流的發(fā)生率,也可通過提高幀速率來縮短暗電流的匯集時間,從而減弱暗電流的影響。4.2噪聲和靈敏度噪聲的大小直接影響CMOS圖像傳感器對信號的采集和處理,因此,如何提高信噪比是CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵技術(shù)之一。噪聲主要包括散粒噪聲、熱噪聲、1/f噪聲、非均勻噪聲和固定模式噪聲。其中散粒噪聲和熱噪聲是由載流子引起的,1/f噪聲和非均勻噪聲是由材料的缺陷和不均勻性引起的,固定模式噪聲是因為工藝的誤差使相鄰輸出信號的源跟隨器不匹配引起的[20~22]。采取以下措施可抑制噪聲和提高靈敏度:(1)采用減少失調(diào)的獨特電路,使用制造更加穩(wěn)定的晶體管專用工藝;(2)每個像元內(nèi)含一個對各種變化靈敏度相對較低的放大器;(3)借鑒CCD圖像傳感器的制備技術(shù),采用相關(guān)雙取樣電路技術(shù)和微透鏡陣列技術(shù);(4)光敏二極管設(shè)計成針形結(jié)構(gòu)或掩埋形結(jié)構(gòu)。4.3圖像傳感器模塊CMOS圖像傳感器的填充系數(shù)一般在20%~30%之間,而CCD圖像傳感器則高達80%以上,這主要是由于CMOS圖像傳感器的像素中集成了讀出電路。采用微透鏡陣列結(jié)構(gòu),在整個CMOS有源像素傳感器的像元上放置一個微透鏡將光集中到有效面積上,可以大幅度提高靈敏度和填充系數(shù)。4.4s圖像傳感器動態(tài)范圍是反映圖像傳感器性能的主要指標(biāo)之一。目前CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍還稍遜于CCD,雖然對數(shù)響應(yīng)型CMOS圖像傳感器的動態(tài)范圍可達140dB,但同時也增加了圖像噪聲,影響了圖像質(zhì)量。提高動態(tài)范圍的方法之一就是利用PECVD超高真空系統(tǒng)以及專用集成電路(ASIC)薄膜技術(shù),改進光電二極管的材料組合,提高低灰度部位的感光度來提高動態(tài)范圍。同時在像素電路的結(jié)構(gòu)及驅(qū)動方法上下功夫,實現(xiàn)低灰度時自動轉(zhuǎn)換到線形輸出,高灰度時自動轉(zhuǎn)換到對數(shù)壓縮輸出。5國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5.1像傳感器vd6525CMOS圖像傳感器的迅速發(fā)展并商業(yè)化得益于成熟的CMOS工藝,目前國外諸多公司和科研機構(gòu)已經(jīng)開發(fā)出不同光學(xué)格式、多種類型的CMOS圖像傳感器,并將其應(yīng)用于工業(yè)、國防、交通、通訊、醫(yī)學(xué)及航空等不同領(lǐng)域。國外最新發(fā)表的部分CMOS圖像傳感器的產(chǎn)品現(xiàn)狀如表1所示。美光科技公司(Microntechnology)在2002年收購Photobit公司后,積極進入CMOS圖像傳感器市場。2005年8月,推出光學(xué)格式1/4英寸130萬像素的CMOS圖像傳感器MT9M112,具備高級圖像處理性能,包括三路亮度校正、鏡頭黑點校正和色彩校正。MT9M112在最高分辨率下的速率為15f/s,預(yù)覽模式則為30f/s,像素尺寸2.8μm×2.8μm,包含有1280(H)×1024(V)有效像素(標(biāo)準(zhǔn)SXGA格式)。2007年3月,推出光學(xué)格式1/2.5英寸500萬像素的MT9P401,支持以60f/s的速度拍攝720P的HD視頻,同時也具有超高的15f/s靜態(tài)圖像的拍攝能力,這款產(chǎn)品最重要的應(yīng)用還是HD視頻拍攝而非傳統(tǒng)的數(shù)碼相機。同時也推出1/2.5英寸的800萬像素CMOS傳感器MT9E001。意法半導(dǎo)體有限公司(ST)2008年2月推出一款1/5英寸1600×1200有效像素的CMOS圖像傳感器VD6725,采用1.75μm的像素設(shè)計,這款市場上最小的相機傳感器VD6725適用于小于6mm×6mm×3.8mm手機相機模塊內(nèi),讓手機相機變得更小、更智能。美國豪威公司(OmniVision)于2005年8月推出一款1/6英寸VGACMOS圖像傳感器-OV7670。該器件像素尺寸從4.2μm減小至3.6μm,有利于減小模塊高度。它采用3.8mm×4.2mm封裝,可使照相模塊的尺寸減至6mm×6mm×4.5mm,通過SCCB接口可提供全幀、欠采樣或8位窗口模式的圖像。所需的圖像處理包括曝光控制、gamma補償、白平衡、色飽和度、色彩控制、白像素消除和噪聲消除,都可通過SCCB接口編程。2006年6月,公司啟動了1/18英寸傳感器OV6920方案,該產(chǎn)品是其領(lǐng)域內(nèi)最小的傳感器芯片,2.1mm×2.3mm的CSP封裝可以提供3.2mm的微照相機模塊,如此微小的尺寸可用于醫(yī)療儀器,并能安裝在各種內(nèi)窺鏡中,而且僅需要3.3V直流供電。2007年2月,公司推出一款1/10英寸的VGACMOS圖像傳感器OV7680。OV7680獨特的非線性微鏡頭移動技術(shù)能縮短傳感器與鏡頭之間的距離,從而將相機模組的高度減小到僅3.00mm,而無損于圖像品質(zhì)或相機性能,且該圖像傳感器噪聲小、成本低、能耗低、動態(tài)范圍廣。美國Foveon公司于2003年推出了產(chǎn)品代號分別為F7X3-C9110,F19X3-A50的全色CMOS圖像傳感器。F7X3-C9110的有效像素為2268×1512,具有像素可變、超低功耗(50mW)、低噪聲、抗模糊等特點。F19X3-A50除具有上述特點外,片上還具有高達40MHz的12位A/D轉(zhuǎn)換器和集成數(shù)字處理器。由于采用獨特的X3技術(shù),該CMOS圖像傳感器感光陣列可在一個像元位置同時獲得紅、綠、藍三種顏色信號。據(jù)報道,Foveon公司和國家半導(dǎo)體公司合作,2000年9月采用0.18μmCMOS工藝首次開發(fā)成功了1600萬像素(4096×4096)CMOS圖像傳感器,像元尺寸為5μm×5μm,芯片尺寸為22mm×22mm,其芯片內(nèi)的晶體管數(shù)為7000萬個,這是迄今為止全球集成度最高的CMOS圖像傳感器。這種圖像傳感器標(biāo)志著CMOS圖像傳感器在分辨率和質(zhì)量方面的雙重飛躍。比利時大學(xué)微電子中心(IMEC)是全球最著名的半導(dǎo)體研發(fā)中心之一,可支持從0.35μm到0.13μm以下的全套數(shù)字CMOS工藝,并支持與數(shù)字CMOS配套的可選模塊。1997年采用0.5μm工藝研制出2048×2048像元CMOS有源像素傳感器(CMOS-APS),像元尺寸為7.5μm×7.5μm,芯片尺寸為16.3mm×16.3mm,噪聲為0.25mV(均方根值),量子效率值為4%>QE>2%(400~85nm),功耗為100mW,這是當(dāng)時所報道的最大像元CMOS-APS。根據(jù)IMEC所確定的發(fā)展戰(zhàn)略,2003~2005年研發(fā)45nmCMOS技術(shù),2005~2007年研發(fā)32nm微電子技術(shù)。韓國MagnaChip公司于2003年開始進入CMOS圖像傳感器市場,2005年收購了ICMedia,同年12月,發(fā)布了一款手機專用的2048×1536像素CMOS圖像傳感器MC532MA,像元尺寸為2.575μm×2.575μm,傳感器部分采用最新成像技術(shù),配有低噪聲和最新的圖像過濾器,保證了高清晰的成像特質(zhì)。MC532MA可以在12f/s拍攝動態(tài)影片,在30f/s拍攝SVGA格式的高分辨率影片。2008年6月,公司推出了用于電腦、筆記本和手機攝像頭應(yīng)用產(chǎn)品的VGA原裝拜耳(Bayer)輸出CMOS圖像傳感器MC502ER,該圖像傳感器支持VGA分辨率,并采用MagnaChip的0.13μmCMOS接觸式圖像傳感器工藝,來實現(xiàn)先進的低噪點處理,因此,其信噪比超過15dB,性能要優(yōu)于目前市場上常見的圖像傳感器。5.2計算機fpga成像技術(shù)研發(fā)為了在CMOS圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域占有一席之地,國內(nèi)的西安交通大學(xué)、華北工學(xué)院、中國科學(xué)院微電子研究中心、北京思比科微電子公司、文嘩科技香港有限公司、聯(lián)想企業(yè)集團等單位都開展了CMOS圖像傳感器的設(shè)計、研制和應(yīng)用開發(fā)等工作,并取得了較大的進展。西安交通大學(xué)開元微電子科技有限公司已研制成功了369×287,768×574,640×480,512×512像素CMOS圖像傳感器,像素尺寸均為10.8μm×10.8μm,功耗為150~200mW,并且用該器件開發(fā)出了M-N型系列CMOS微型攝像機和可視電話。北京中星科技有限公司在推出30萬~130萬像素CMOS數(shù)碼相機的基礎(chǔ)上,2001年3月開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)及國際一流水準(zhǔn)的百萬級CMOS數(shù)碼圖像處理芯片“星光一號”。2001年5月該芯片實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并投入國際市場,并為三星、飛利浦和富士通等國際知名品牌視頻攝像頭所采用。2002年5月,公司的微型數(shù)碼相機用單芯片CMOS圖像處理芯片被列為北京市重大高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化項目。2002年9月,公司又研制成功了我國第一枚具有世界領(lǐng)先水平的發(fā)聲圖像處理芯片“星光二號”,該芯片首次將音頻和視頻固化一體并同步工作。北京思比科微電子公司擁有6項發(fā)明專利的200萬像素CMOS攝像芯片,已于2006年3月通過技術(shù)測試。該芯片從設(shè)計開發(fā)到芯片制造的全部工作均在國內(nèi)完成,完全實現(xiàn)了國產(chǎn)化。公司于2007年3月開發(fā)成功了中國第一款320萬像素(QXGA)CMOS攝像芯片。該芯片在圖像清晰度、色彩鮮明度、功耗等主要技術(shù)指標(biāo)上均達到或超過了國外同類產(chǎn)品的技術(shù)水平,性能價格比達到國際領(lǐng)先水平。該芯片的研制成功,首次實現(xiàn)了國內(nèi)在該領(lǐng)域的技術(shù)突破,填補了國內(nèi)空白,打破了國外在該領(lǐng)域的長期技術(shù)壟斷。重慶大學(xué)和重慶光電技術(shù)研究所與眾不同,他們主要研制和開發(fā)CMOS多路傳感器,該器件主要作致冷型和非致冷型紅外焦平面陣列(IRFPA)的信號讀出電路。近年來,中國臺灣的許多公司在CMOS圖像傳感器的研發(fā)方面發(fā)展較快,并已在國際市場占有一席之地。臺灣宜霖科技(ElecVisionInc.)采用其非同步隨機訪問CMOS成像技術(shù)推出了176×144像素EVS25K,352×290像素EVS100K,511×492像素EVS250K,644×484像素EVS330K及1280×1024像素EVS1300K有源CMOS圖像傳感器。臺灣聯(lián)華電子公司以0.35μm工藝生產(chǎn)1664×1286像素,0.25μm工藝生產(chǎn)1728×1296像素應(yīng)用于高端數(shù)碼相機的CMOS圖像傳感器。然而,與國外成熟的生產(chǎn)廠商相比,國內(nèi)大部分廠商由于缺乏核心技術(shù),即使投入資金再大也無法擺脫組裝加工的地位。總的來說,國內(nèi)廠家產(chǎn)品的技術(shù)水平與國外發(fā)達國家相比差距較大,因此加大大規(guī)模集成電路工藝的研發(fā)力度,優(yōu)化CMOS圖像傳感器的電路設(shè)計,縮短與發(fā)達國家的差距刻不容緩。6高效的圖像傳感器目前,CMOS圖像傳感器的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面:(1)高分辨率。PhotonVisionSystems公司于2002年4月開發(fā)出一種CMOS圖像傳感器,它具有830萬像素(3840×2160)的分辨率,比高清晰度電視的分辨率高4倍,比標(biāo)準(zhǔn)電視的分辨率高32倍。AptinaImaging于2008年9月發(fā)布了一款用于數(shù)碼相機、數(shù)字視頻和混合相機的新型千萬像素CMOS圖像傳感器MT9J001。MT9J001擴充了Aptina的高分辨率產(chǎn)品陣容,帶來了更高的圖像質(zhì)量和500萬像素(MT9P001)、800像素(MT9E001)及900像素(MT9N001)等高清視頻捕捉性能。(2)高幀速。由于CMOS圖像傳感器具有訪問靈活的優(yōu)點,所以可以通過只讀出感光面上感興趣的很小區(qū)域來提高幀速率。斯坦福大學(xué)PDC(ProgrammableDigitalCamera)研究小組開發(fā)的單片PDC,在352×288分辨率下,其掃描速度可達10000f/s;Dalsa公司宣稱其生產(chǎn)的CMOS圖像傳感器掃描速度最高可達20000f/s;Micron公司的MT9M413C36ST在1280×1024分辨率下可以達到0~500f/s的幀速率,部分掃描時可達10000f/s;賽普拉斯半導(dǎo)體公司(Cypress)推出的幾款高速CMOS圖像傳感器,分辨率涵蓋VGA級到1000萬像素的范圍,而速度則支持500f/s到10000f/s。(3)寬動態(tài)范圍。以色列工業(yè)大學(xué)(IsraelInstituteofTechnology)的VLSI系統(tǒng)研究中心將用于CCD的自適應(yīng)敏感技術(shù)用于CMOS傳感器中,使CMOS傳感器的整個動態(tài)范圍可達84dB,并在一個64×64的芯片上進行了實驗。意法半導(dǎo)體有限公司(ST)于2008年開發(fā)出動態(tài)范圍高達120dB的車載CMOS圖像傳感器VL-5510,無論是在進出隧道時明暗急驟變化的情況下還是在暗處,VL5510均可無損提供影像信息。(4)低噪聲。目前用于科學(xué)研究的高性能CCD能達到的噪聲水平為3~5個電子,而CMOS圖像傳感器則為300~500個電子。NASA的JPL實驗室采用APS技術(shù)的圖像傳感器的噪聲水平已達到14個電子。(5)強抗輻射能力。比利時IMEC公司與歐洲太空總署(ESA)合作研究的IRIS系列產(chǎn)品,其抗輻射能力為20krad,信噪比為67dB,8位數(shù)字讀出,已用于小衛(wèi)星的星敏感器;賽普拉斯半導(dǎo)體公司(Cypress)同歐洲太空總署合作開發(fā)的STAR系列輻射加固APS,在100kGy劑量的Co-60輻射下,暗電流密度不大于1.5mA/cm2,其抗輻射能力比普通的圖像傳感器提高了3個數(shù)量級,除了能夠用于宇航行星跟蹤器和太陽傳感器等航空領(lǐng)域外,STAR系列APS還可以在核電廠等其他輻射強度較高的場合中一展身手。(6)多功能、智能化、單芯片數(shù)字相機。CMOS圖像傳感器的最大優(yōu)勢是它具有高集成度的技術(shù)條件。理論上,所有圖像傳感器所需的功能,