CMOS图像传感器及其应用

什么是CMOS图像传感器？CMOS：互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。

CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS 上共存着带N（带-电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。

然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。

CMOS图像传感器IBIS5-B-1300的驱动时序设计1．2 工作原理IBIS5-B-1300内部有12个寄存器，提供传感器工作所需的参数及工作方式。

对寄存器写入的数据决定了传感器的工作状态。

寄存器的数据写入接口有3种：并行接口、串行三线接口、串行两线接口。

可通过芯片的IF_MODE和SER_MODE管脚接不同的值来选择不同的数据接口模式(如表1所示)。

并行接口使用16 b并行输入来载入新的寄存器值。

串行3线接口(或串转并接口)使用串行接口将数据移入寄存器缓冲器，当完整的数据字移入寄存器缓冲器时，数据字才被载入当前正在编码的寄存器。

串行2线是一个单向的接口，本文暂不做分析。

IBIS5-B-1300具有两种快门方式：卷帘快门和同步快门，用寄存器(0000)的bitO 进行设定，“1”为卷帘快门，“0”为同步快门。

时序如图1，图2所示。

在卷帘快门模式下，帧频Frame period=(Nr.Line s×(RBT+PixelPeriod*Nr.Pixels))。

在同步快门模式下，帧频Frame period=”Tint”+Tread out=”Tint”+(Nr.Line s×(RBT+Pixel Period*Nr.Pixels))。

其中，Tint为积分（曝光）时间；Nr.Line s为每帧读出的行数；Nr.Pixels为每行读出的像素数；TBT为行空白时间（典型值为3.5ms）；Pixel Period为1/40MHZ=“25”。

CMOS图像传感器的应用1.4.1 数字电视和视频摄像电子图像传感器的起源就来自电视摄像的应用，CMOS图像传感器现在已经成为先进的数字电视摄像设备的主流图像传感器。

电视和视频摄像的特点就是摄取连续图像，在这个领域中除了广播电视以外，CMOS图像传感器广泛应用于监控摄像机（Surveillance）、网络和多媒体摄像（Webcam）以及个人和专业的数字视频摄像机（Camcorder）。

虽然CCD图像传感器在这一广阔领域仍然占有一席之地，但在高清晰度电视HD1080及以上的最新型号数字图像摄像机中，采用CMOS图像传感器已经成为主流。

在数字电视和视频技术领域中，广泛应用先进的高速数据传输、存储和信号处理技术，并与微型计算机、网络和数字通信技术接口，直接输出图像数据的CMOS图像传感器芯片，比其前一代CCD图像传感器具备更明显的优势。

1.4 CMOS图像传感器的应用1.4.1 数字电视和视频摄像电子图像传感器的起源就来自电视摄像的应用，CMOS图像传感器现在已经成为先进的数字电视摄像设备的主流图像传感器。

电视和视频摄像的特点就是摄取连续图像，在这个领域中除了广播电视以外，CMOS图像传感器广泛应用于监控摄像机（Surveillance）、网络和多媒体摄像（Webcam）以及个人和专业的数字视频摄像机（Camcorder）。

虽然CCD图像传感器在这一广阔领域仍然占有一席之地，但在高清晰度电视HD1080及以上的最新型号数字图像摄像机中，采用CMOS图像传感器已经成为主流。

在数字电视和视频技术领域中，广泛应用先进的高速数据传输、存储和信号处理技术，并与微型计算机、网络和数字通信技术接口，直接输出图像数据的CMOS图像传感器芯片，比其前一代CCD图像传感器具备更明显的优势。

1.4.2 静止图像数码照相机当今的静止图像数码照相机已经几乎完全取代了有近二百年历史的胶片照相术。

当1975年伊斯曼-科达公司发明数码照相机时，正是得到了CCD图像传感器技术的帮助和推动。

1.图像传感器的历史——从真空摄像管到CCD/CMOS图像传感器1.1 图像传感器的诞生在图像传感器出现前，胶片是唯一记录保存图像的工具，而胶片所保存的图像在远距离传输以及后期处理方面存在着难以逾越的障碍。

而图像传感器的目的是将拍摄的图像转化为电信号进行远距离传输、保存以及数字化保存和后期处理。

那么图像传感器又是何时出现在人们生活中的呢？最早登场的是1923年由V.K.兹沃雷金发明的光电摄像管，它是利用在真空中可自由操作电子运动的性质制作的。

如图1.1所示，在真空管中放置的云母板上面涂抹具有光电效应的铯（Cs），光线通过镜头在云母板上成像，此处产生的电荷，经等死放出的电子书进行扫描，取出信号电流。

此后，一个又一个的改良感光度的摄像管被发明，如超正析摄像管（1946年），光导摄像管，硒砷碲摄像管，雪崩倍增靶（HARP）摄像管等，逐渐担任产生电视图像的角色。

从原理可知，摄像管无法做到接通电源后立即工作，且工作电压高，功耗大，因燃烧寿命短等缺点。

在以后的日子里，摄像管会被固态图像传感器取代。

1.2 固态图像传感器（Solid-State Image Sensor）用于晶体管或者IC得Si（硅）等半导体材料，具有将接受的光转换成电的光电变换性质。

如果把单片IC基台的硅基板作为摄影面，并有规则的排列光电二极管（photodiode），然后依次将光电二极管的光电流以某种方式取出，则此基板具有了图像传感器的功能。

最早可以产生图像，以像素平面排列的固态图像传感器，其构造与目前的CCD不同。

例如发表于1966年的光敏晶体管平面排列的图像传感器；1967年发表了将光电二极管以平面矩阵排列，利用扫描脉冲与MOS晶体管，以XY地址方式取出信号的方法。

这种方法虽然实现了实用化，但在与CCD的竞争中失败，成为后来的CMOS传感器的原型。

1.3 CCD图像传感器1969年，CCD（Charge Coupled Device,电荷耦合器件）由美国贝尔实验室的维拉·博伊尔（Willard. S. Boyle）与乔治·史密斯（George. E. Smith）所发明，两位发明者也因此获得了2009年诺贝尔新物理学奖。

CMOS图像传感器原理与应用简介摘要：本文介绍了CMOS图像传感器器件的原理、性能、优点、问题及应对措施，以及CMOS图像传感器的市场状况和一些应用领域。

Brief introduction of principle and applications of CMOS imagesensorAbstract: This paper introduces the principle, performance, advantages also with the problems and solutions of CMOS image sensor. The market status and applications are also given in this essay.北京航空航天大学李育琦1引言图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信市场中有着广泛的应用。

60年代末期，美国贝尔实脸室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了固态成像这一新概念和一维CCD(Charge-Coupled Device电荷耦合器件)模型器件。

到90年代初，CCD技术已比较成热，得到非常广泛的应用。

但是随着CCD应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露出来。

首先，CCD技术芯片技术工艺复杂，不能与标准工艺兼容。

其次，CCD技术芯片需要的电压功耗大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。

目前，最引人注目，最有发展潜力的是采用标准的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物场效应管)技术来生产图像传感器，即CMOS图像传感器。

CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺，可将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块芯片上。

由于具有上述特点，它适合大规模批量生产，适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用，如保安用小型、微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。

CMOS图像传感器芯片OV5017及其应用1 CMOS图像传感器的一般特征目前，CCD（电荷耦合器件）是主要的实用化固态图像传感器件，它具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点。

但CCD技术难以与主流的CMOS 技术集成于同一芯片之中。

这样，诸如定时产生、驱动放大、自动曝光控制、模数转换及信号处理等支持电路就不能与像素阵列做同一芯片上，以CCD为基础的图像传感器难以实现单片一体化，因而具有体积大、功耗高等缺点。

CMOS图像传感器是近向年发展较快的新型图像传感器，由于采用了相同的CMOS技术，因此可以将像素阵列与外围支持电路集成在同一块芯片上。

实际上，CMOS图像传感器是一个较完成的图像系统（Camera on Chip），通常包括：一个图像传感器核心、单一时钟、所有的时序逻辑、可编程功能和模数转换器。

其基本结构见图1。

与CCD相比，CMOS图像传感器将整个图像系统集成在一块芯片上，具有以下优点：（1）体积小、重量轻、功耗低；（2）编程方便、易于控制；（3）平均成本低。

2 OV5017的性能与特点2.1 OV5017的基本性能OV5017是美国OmniVision公司开发的CMOS黑白图像传感器芯片，该芯片将CMOS光感应核与外围支持电路集成在一起，具有可编程控制与视频模/数混合输出等功能，其输出的视频为黑白图像，与CCIR标准兼容。

OV5017芯片的基本参数为：(1)图像尺寸4.2mm×3.2mm，像素尺寸11μm×11μm。

(2)信噪比SNR>42dB。

(3)帧频50时，最小照度为0.5lux@f1.4；(4)帧频50时，峰值功耗小于100mW。

OV5017输出模拟视频信号，格式为逐行扫描。

OV5017内部嵌入了一个8bit的A/D，因而可以同步输出8位的数字视频流D[7…0]。

在输出数字视频流的同时，还提供像素时钟PCLK、水平参考信号HREF、垂直同步信号VSYNC，便于外部电路读取图像。

简述cmos图像传感器的工作原理及应用CMOS图像传感器是一种用于转换光信号为电子信号的器件，可以将光学图像转换成数字图像，其工作原理是基于光电效应和集成电路技术。

CMOS图像传感器由图像传感单元阵列和信号处理单元组成。

图像传感单元阵列由大量的光敏单元组成，每个光敏单元具有一个光感受器和一个电荷积累器，用于将光信号转换为电荷，并对图像进行采样。

每个光敏单元相邻之间通过衬底电位的设置实现光电转换效应。

信号处理单元负责将电荷转换为电压、放大、采样和数字化。

CMOS图像传感器的工作原理如下：当光照射到光敏单元上时，光敏单元中的光感受器将光信号转化为电荷。

电荷通过电场的作用从光感受器向电荷积累器偏移，并在电荷积累器中积累。

一旦接收到光信号并完成电荷积累后，将在传感器的特定位置产生电压信号。

然后，信号处理单元会将电荷转换为电压，并对图像进行放大、采样和数字化处理。

最后，图像传感器将数字图像通过数据接口发送给外部设备。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：1. 集成度高：CMOS图像传感器可以集成在单个芯片上，因此可以实现小尺寸和轻量化，适合于集成在各种移动设备中。

2. 低功耗：CMOS图像传感器的功耗相对较低，可以延长设备的电池寿命。

3. 成本低：相比于传统的CCD图像传感器，CMOS图像传感器的制造工艺更简单，成本更低。

4. 高速读取：CMOS图像传感器可以实现高速连续拍摄，适用于高速摄影和视频录制等应用。

5. 可编程性强：CMOS图像传感器的信号处理单元可以通过软件配置进行调整和优化，实现更灵活的图像处理。

CMOS图像传感器在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：1. 摄像头和视频监控：CMOS图像传感器可以应用于手机摄像头、数码相机、安防摄像头等领域，实现图像和视频的捕捉和处理。

2. 机器视觉和工业自动化：CMOS图像传感器可以应用于机器视觉系统中，用于图像的识别、测量和检测，广泛应用于工业自动化、智能制造等领域。

CMOS图像传感器在医学成像中的应用研究摘要：CMOS图像传感器是一种重要的光电转换器件，在医学成像领域具有广泛的应用。

本文旨在探讨CMOS图像传感器在医学成像中的应用现状和发展趋势。

首先，介绍了CMOS传感器的基本原理和特点。

然后，详细讨论了CMOS图像传感器在医学成像领域的应用，包括内窥镜、放射性成像和超声成像等。

最后，分析了CMOS图像传感器在医学成像中的挑战和未来的发展方向。

1. 引言医学成像技术在疾病诊断和治疗中有着重要的作用。

CMOS图像传感器由于其高集成度、低功耗和小尺寸等特点，逐渐取代了传统的CCD图像传感器，成为医学成像领域的重要组成部分。

本文将围绕CMOS图像传感器的原理、应用和未来发展进行研究。

2. CMOS图像传感器的基本原理和特点CMOS图像传感器是一种基于互补式金属氧化物半导体（CMOS）技术制造的光电转换器件。

与CCD传感器相比，CMOS传感器具有以下优点：低功耗、高集成度、小尺寸、灵敏度高和成本低等。

CMOS图像传感器是由光电二极管阵列、信号读出电路和图像处理电路等组成。

3. CMOS图像传感器在内窥镜中的应用内窥镜是一种用于观察和诊断人体内腔器官的医疗设备。

CMOS图像传感器因其小尺寸和低功耗等特点，成为内窥镜领域的理想选择。

通过将CMOS图像传感器与光学透镜组件相结合，可以实现对人体内部器官的高清晰度成像。

此外，CMOS图像传感器还可以提供实时图像传输和便携式设备的设计，为医生提供了更多的便利。

4. CMOS图像传感器在放射性成像中的应用放射性成像是一种利用放射性核素来观察生物体内部功能和结构的技术。

CMOS图像传感器用于放射性成像可以提供更高的灵敏度和空间分辨率。

通过与放射性核素结合，CMOS传感器可以实现放射性成像的定位和跟踪，为疾病的早期诊断和治疗提供了重要的支持。

5. CMOS图像传感器在超声成像中的应用超声成像是一种使用超声波探测器观察和诊断人体内部结构的无创检测技术。

CMOS图像传感器的应用与发展姓名：班级：学号：摘要：首先介绍了CMOS传感器的发展历程，然后对CMOS传感器的基本原理进行介绍，分析了CMOS传感器技术优于CCD传感器技术的特点，主要有制造简单、节省电影、价格便宜和小体积等。

介绍了CMOS传感器的应用及研发。

最后说明了CMOS传感器超越CCD传感器的美好发展前景，并说明了CMOS传感器现存的一些问题。

关键词：图像传感器；应用；趋势1、引言20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。

CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。

但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。

CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。

但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。

如果把CMOS 图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会成为事实。

由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到降低。

现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美，这主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。

实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。

一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。

CMOS图像传感器有哪些优点CMOS图像传感器在汽车领域有何应用[导读]在这篇文章中，小编将对CMOS图像传感器、CMOS图像传感器优点、CMOS图像传感器在汽车领域的应用的相关内容和情况加以介绍。

在这篇文章中，小编将对CMOS图像传感器、CMOS图像传感器优点、CMOS图像传感器在汽车领域的应用的相关内容和情况加以介绍以帮助大家增进对CMOS图像传感器的了解程度，和小编一起来阅读以下内容吧。

一、什么是CMOS图像传感器CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。

其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。

更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。

事实上，当一位设计者购买了CMOS图像传感器后，他得到的是一个包括图像阵列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。

二、CMOS图像传感器有什么优点CMOS图像传感器具有以下几个优点：1)随机窗口读取能力。

随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。

此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。

2)抗辐射能力。

总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。

3)系统复杂程度和可靠性。

采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。

4)非破坏性数据读出方式。

5)优化的曝光控制。

值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS 图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。