CMOS图像传感器在哪里使用？ CMOS图像传感器的原理及应用(附2022年排行榜前十名单)

CMOS图像传感器是典型的固态成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由图像传感器阵列、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、控制接口等组成。这些部件通常集成在同一个硅片上。工作过程可分为复位、光电转换、积分和读出。接下来详细告诉你cmos图像传感器用在什么地方，cmos图像传感器的原理和应用。

1.cmos图像传感器用在什么地方

CMOS图像传感器具有体积小、功耗低、价格低、可大规模量产等优点。并在图像传感器领域拥有较高的市场份额。广泛应用于智能手机、汽车电子、安防、工业、医疗等领域。

2.cmos图像传感器原理及应用

CMOS图像传感器的基本工作原理

首先，外界光线照射像素阵列，产生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。根据需要选择行逻辑单元来选通相应的行像素单元。以行像素为单位的图像信号通过它们各自列的信号总线被传输到相应的模拟信号处理单元和A/D转换器，并被转换成数字图像信号用于输出。行选择逻辑单元可以逐行或隔行扫描像素阵列。行选择逻辑单元和列选择逻辑单元的组合可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要作用是放大信号，提高信噪比。此外，为了获得质量合格的实用相机，芯片必须包含各种控制电路，如曝光时间控制和自动增益控制。为了使芯片中电路的各个部分按照规定的节拍动作，需要使用多个时序控制信号。为了方便摄像头的应用，要求芯片输出一些定时信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。

像素阵列的工作原理

传感器的直观性能指标是再现图像的能力。像素阵列是与该指标直接相关的关键功能模块。根据像素阵列单元结构的不同，像素单元可分为无源像素单元PPS(无源像素示意图)、有源像素单元APS(有源像素示意图)和对数像素单元，有源像素单元APS可分为光电二极管型APS和光栅型APS。

上述像素阵列单元各有特点，但工作原理基本相同。先介绍它们的基本工作原理，再介绍各种像素单元的特点。下图是单个像素的示意图。

(1)先进入“复位状态”，再打开门极管m，电容充电到V，二极管处于反向状态；

(2)然后进入“采样状态”。此时，门极管M闭合，二极管在光照下产生光电流，使存储在电容上的电荷放电。在固定的时间间隔后，存储在电容C上的电荷与照度成正比，然后图像被取入敏感元件阵列；

(3)最后，进入“读出状态”。此时打开门极管M，逐个读取每个像素中电容C上存储的电荷和电压。

最早出现的是无源像素单元PPS，从出现到现在结构变化不大。无源像素单元PPS结构简单，像素填充率高，量子效率高，但有两个明显的缺点。第一，它的读出噪声比较大，典型值为20个电子，而商用CCD级别工艺芯片的读出噪声一般为20个电子。第二，随着像素数的增加，读出速度加快，所以读出噪声变大。

光电二极管APS的量子效率比较高，由于采用了新的消噪技术，输出的图形信号质量比以前高很多。读出噪声一般为75~100电子，这种结构的C3适用于中低档应用。

在光栅APS结构中，固定图案噪声被抑制。读出噪声为10~20电子。但其工艺复杂，严格来说并不是完整的CMOS工艺。由于多晶硅涂层的引入，其量子效率相对较低，特别是对于蓝光。目前它的整体性能优势还不是很突出。

CMOS图像传感器的应用

1.数码相机

数百年来，人们一直使用胶片照相机。自20世纪80年代以来，人们利用高科技开发了无胶片CCD数码相机。传统的胶片照相机发生了根本性的变化。可电控写入的廉价FLASH ROM的出现，低功耗低价格的CMOS摄像头的出现。打开数码相机的新局面。下图右侧显示了数码相机的功能框图。

从图中可以看出，数码相机的内部装置与传统相机完全不同。彩色CMOS相机在电子快门的控制下，拍摄一张照片并存储在DRAM中，然后传输到FLASH ROM中存储。根据FLASH ROM的容量和图像数据的压缩级别，可以确定可以存储的照片数量。如果把ROM换成PCMCIA卡，就可以通过换卡来扩展数码相机的容量，就像换胶卷一样，把数码相机的数码图像信息转移到PC的硬盘上存储，大大方便了照片的存储、检索、处理、编辑和传输。

2.CMOS数码相机

USB摄像头由美国Omni Vison公司推出的OV7610 CMOS彩色数字图像芯片、OV511高级摄像头和USB接口芯片组成，分辨率为640 x 480，适用于通用串行总线传输的视频系统。OV511 advanced camera的引入，使得PC可以更实时的获取大量的视频信息，其压缩芯片的压缩比可以达到7:1，从而保证了图像传感器到PC的快速图像传输。对于CIF图像格式，OV511可以支持高达每秒30帧的传输速率，减少了通常在低带宽应用中出现的图像抖动。OV511作为高性能USB接口控制器，具有足够的灵活性，适用于视频会议、视频邮件、计算机多媒体和安全监控等应用。

3.其他领域的应用

CMOS图像传感器是一种多功能传感器。因为它具有CCD图像传感器的性能，可以进入CCD的应用领域，但又有自己独特的优势，所以开辟了许多新的应用领域。除了上述主要应用之外，CMOS图像传感器还可以应用于数码相机和小型医用相机。例如，心脏外科医生可以在病人的胸部安装一个小的“硅眼”来监测手术后的手术效果，但CCD很难实现这种应用。

4.在x光机市场的应用

在牙科x光机市场上，用于从口腔内部拍摄1 ~ 2颗牙齿x光片的小型CMOS传感器在欧洲已经达到实用水平，在美国也正在推广。在从口腔外部拍摄全景X射线的x光机领域，CCD传感器在未来仍将是主要的。

摘要

从与CCD的比较入手，介绍了CMOS图像传感器器件物理层面的原理、性能、优缺点及对策。然后，讨论了CMOS图像传感器的市场现状和一些应用领域。由此可见，作为一种新型半导体器件，CMOS以其自身的特点显示出巨大的优势和潜力，并且这种潜力在不久的将来还会进一步发挥出来。