更添生活色彩——ＣＭＯＳ圖像傳感器

更添生活色彩圖像傳感器 【論文關(guān)鍵詞】：圖像傳感器：數(shù)碼相機；圖像采集 【論文摘要】：圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD、CMOS以及CIS傳感器三種。文章主要概述了CMOS圖像傳感器的工作原理和優(yōu)勢，介紹了現(xiàn)階段傳感器的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。 圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，目前市場和業(yè)界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來，勾劃著未來人類的日常生活的美景。以其在日常生活中的應(yīng)用，無疑要屬數(shù)碼相機產(chǎn)品，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數(shù)碼相機就由幾十萬像素，發(fā)展到400、500萬像素甚至更高。不僅在發(fā)達的歐美國家，數(shù)碼相機已經(jīng)占有很大的市場，就是在發(fā)展中的中國，數(shù)碼相機的市場也在以驚人的速度在增長，因此，其關(guān)鍵零部件-圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD、CMOS以及CIS傳感器三種。文章將主要簡介CMOS傳感器的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。 1. CMOS 圖像傳感器 圖像傳感器于年代發(fā)明以來，由于當(dāng)時CMOS工藝制程的技術(shù)不高，以致于傳感器在應(yīng)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(yīng)用范圍也開始非常的廣泛，包括數(shù)碼相機 、PC Camera、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(chǎn)品方面，其畫質(zhì)質(zhì)量已接近低檔CCD的解析度，相關(guān)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與主動式像素傳感器CMOS。 CMOS圖像傳感器是多媒體產(chǎn)品中不可或缺的重要器件之一，也是數(shù)碼相機、監(jiān)控設(shè)備、圖像采集設(shè)備中的核心器件。CMOS的全稱是Complementary Metal-Oxide Semiconductor，有"互補金屬氧化物半導(dǎo)體"的意思。隨著數(shù)碼相機、手機相機的興起以及對圖像質(zhì)量要求的不斷提高，更加突顯了圖像傳感器的重要作用。 2. CMOS圖像傳感器的工作原理 CMOS采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，感光元件的核心都是一個感光二極管，該二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應(yīng)但在周邊組成上。CMOS感光元件的構(gòu)成就比較復(fù)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(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個像點的構(gòu)成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據(jù)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（開口率：有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值）；這樣CMOS感光元件所能捕捉到的光信號明顯小于，靈敏度較低；體現(xiàn)在輸出結(jié)果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內(nèi)容不太豐富，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原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，隨著它的像素點密度的提高，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。這也是CMOS長期以來都未能進入主流數(shù)碼相機市場的重要原因之一。 3. CMOS圖像傳感器的優(yōu)勢 CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實際效果的差距已經(jīng)減小了不少。 與CCD相比，CMOS具有體積小，耗電量不到CCD的1/10，售價也比CCD便宜1/3的優(yōu)點。 與CCD產(chǎn)品相比，CMOS是標準工藝制程，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備，不需額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進步。同時，全球晶圓廠的CMOS生產(chǎn)線較多，日后量產(chǎn)時也有利于成本的降低。 CMOS傳感器具有高度系統(tǒng)整合的條件。理論上，所有圖像傳感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暫存器、時序控制、CDS、ADC等，都可放在集成在一顆晶片上，甚至于所有的晶片包括后端晶片、快閃記憶體等也可整合成單晶片，以達到降低整機生產(chǎn)成本的目的。 4. 高速圖像傳感器的市場趨勢 目前，CMOS是高速成像所青睞的技術(shù)。在當(dāng)前市場中，我們可以發(fā)現(xiàn)高速圖像傳感器有三大發(fā)展趨勢，一是向極高速方向發(fā)展，二是向片上特性集成方向發(fā)展，三是向通用高速圖像傳感器方向發(fā)展。 高速成像領(lǐng)域還有另一種趨勢，就是把高速ADC、時序發(fā)生器、LVDS發(fā)射器和校正算法的片上集成趨勢。這種圖像傳感器通常在速度和靈敏度方面不如上述圖像傳感器，但在易用性和系統(tǒng)集成功能方面頗有長處。目前市場上新興的第三種圖像傳感器就是通用高速圖像傳感器。具有模擬輸出或不具有時序發(fā)生器功能的老式(簡單式)通用圖像傳感器正在被速度更快、更復(fù)雜的圖像傳感器所取代。這種新型圖像傳感器使我們能在較短時間內(nèi)就設(shè)計出通用高速攝像頭。 從產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢看，體積小型化及高像素化仍是業(yè)界積極研發(fā)的目標。因為像素大則圖像產(chǎn)品的分辨率越高，清晰度越好，體積越小，其應(yīng)用面更廣泛。 參考文獻 1 李清勇, 羅四維, 史忠植. 基于獨立紋元矩的紋理圖像檢索J. 計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報, 2007. 2 安志勇, 曾智勇, 周利華. 基于Radon和小波變換的紋理圖像檢索J. 北京郵電大學(xué)學(xué)報, 2007. 3 張恒博, 歐宗锳. 一種基于顏色基元共生矩陣的圖像檢索方法J. 計算機工程, 2007. 4 彭輝. 基于紋理特征的圖像分類識別J. 計算機與信息技術(shù), 2007. 5 田卉, 覃團發(fā), 梁琳. 綜合顏色、紋理、形狀和相關(guān)反饋的圖像檢索J. 計算機應(yīng)用研究, 2007. 6 趙珊, 孫君頂, 周利華. 基于方塊編碼的圖像紋理特征提取及檢索算法J. 光電子.激光, 2006. 7 黃元元, 何云峰. 一種基于顏色特征的圖像檢索方法J. 中國圖象圖形學(xué)報, 2006.