1、相機cmos是什么

CMOS是互補金屬氧化物半導體的首字母縮寫。圖像傳感器是相機中最重要的部分，而CMOS圖像傳感器也是圖像傳感器中最新，功能最強大的類型。CMOS傳感器具有像素級的電路，也就是說傳感器上的每個像素同時被讀取和傳輸，為芯片準備電壓。

然后，芯片使用放大器、噪聲校正和數(shù)字化等附加技術將電壓轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。這意味著CMOS傳感器不需要單獨的圖像處理器。由于CMOS傳感器能夠比CCD更快地將視覺信息轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)，因此它們需要更少的功率，大大延長了生命周期。然而，傳感器上的額外技術會限制了像素捕獲光線的能力，所以最終圖像的視覺清晰度通常較差。

CCD和CMOS的區(qū)別

CCD和CMOS是數(shù)碼攝像機中使用的兩種類型的圖像傳感器。他們的技術不一樣，拍出來的圖像質量也不一樣。CCD傳感器中的像素致力于捕捉光線，因此圖像的質量會更高，但也會導致相機效率降低。CMOS傳感器通過將各種技術集成到芯片中，將視覺信息轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)，從而在芯片處理時將其轉換為數(shù)字數(shù)據(jù)。這使得該傳感器非常高效，不過拍出來的圖像就差一點。

2、CMOS圖像傳感器都有那些種類_cmos是什么傳感器

CMOS圖像傳感器的廠家有：

OV

APTINA

SONY

CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

在CMOS圖像傳感器芯片上還可以集成其他數(shù)字信號處理電路，如AD轉換器、自動曝光量控制、非均勻補償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等，為了進行快速計算甚至可以將具有可編程功能的DSP器件與CMOS器件集成在一起，從而組成單片數(shù)字相機及圖像處理系統(tǒng)。

1963年Morrison發(fā)表了可計算傳感器，這是一種可以利用光導效應測定光斑位置的結構，成為CMOS圖像傳感器發(fā)展的開端。1995年低噪聲的CMOS有源像素傳感器單片數(shù)字相機獲得成功。

CMOS圖像傳感器具有以下幾個優(yōu)點:1)、隨機窗口讀取能力。隨機窗口讀取操作是CMOS圖像傳感器在功能上優(yōu)于CCD的一個方面，也稱之為感興趣區(qū)域選取。此外，CMOS圖像傳感器的高集成特性使其很容易實現(xiàn)同時開多個跟蹤窗口的功能。2)、抗輻射能力?？偟膩碚f，CMOS圖像傳感器潛在的抗輻射性能相對于CCD性能有重要增強。3)、系統(tǒng)復雜程度和可靠性。采用CMOS圖像傳感器可以大大地簡化系統(tǒng)硬件結構。4)、非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式。5)、優(yōu)化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元結構中集成了多個功能晶體管的原因，CMOS圖像傳感器也存在著若干缺點，主要是噪聲和填充率兩個指標。鑒于CMOS圖像傳感器相對優(yōu)越的性能，使得CMOS圖像傳感器在各個領域得到了廣泛的應用。

3、CMOS圖像傳感器_cmos圖像傳感器排名

CMOS圖像傳感器的研究起始于20世紀60年代末，由于當時受工藝技術的限制，直到90年代初才發(fā)展起來，至今已研制出三大類CMOS圖像傳感器,即CMOS無源像素傳感器(CMOSPassivePixelSensor簡稱CMOS-PPS)、CMOS有源像素傳感器(CMOSActivePixelSensor簡稱CMOS-APS)和CMOS數(shù)字像素傳感器(CMOSDigitalPixelSensor簡稱CMOS-DPS)。在此基礎上又問世了CMOS視覺傳感器(CMOSVisualSensor)、CMOS應力傳感器(CMOSStressSensor)、對數(shù)極性CMOS傳感器(Log-PolarCMOSSensor)、CMOS視網膜傳感器(CMOSRetinalSensor)、CMOS凹型傳感器(CMOSFoveatedSensor)、對數(shù)變換CMOS圖像傳感器(Logarithmic-ConvertingCMOSImageSensor)、軌對軌CMOS有源像素傳感器(Rail-to-RailCMOSActivePixelSensor)、單斜率模式CMOS圖像傳感器(SingleSlopemodeCMOSImageSensor)和CMOS指紋圖像傳感器(CMOSFingerffingSensor)、FoveonX3全色CMOS圖像傳感器、VMISCMOS圖像傳感器。

CMOS-DPS不像CMOS-PPS和CMOS-APS的模／數(shù)(A／D)轉換是在像素外進行，而是將模／數(shù)(A／D)轉換集成在每一個像素單元里，每一像素單元輸出的是數(shù)字信號，該器件的優(yōu)點是高速數(shù)字讀出，無列讀出噪聲或固定圖形噪聲，工作速度更快，功耗更低。

CMOS圖像傳感器具有多種讀出模式。整個陣列逐行掃描讀出是一種普通的讀出模式，這種讀出方式和CCD的讀出方式相似。窗口讀出模式是一種針對與關心窗口內像素信息進行局部讀出的模式，這種讀出模式提高了讀出效率。跳躍式讀出模式，就是如同SuperCCD一樣，以降低分辨率為代價，提高了讀出速率，采用每隔一個或多個像素讀出的模式。

4、全面詳細解析CMOS和CCD圖像傳感器

CMOS和CCD圖像傳感器有什么區(qū)別？在智能制造，自動化等設備中，離不開機械視覺，而說起機器視覺，一定少不了圖像傳感器。幾十年來，CCD和CMOS技術，一直在爭奪圖像傳感器的優(yōu)勢。那么這兩種傳感器有什么區(qū)別？今天我們就來分享一下。

CCD VS CMOS

首先我們要明確CMOS和CCD代表啥意思。

CMOS其實是Complementary Metal Oxide Semiconductor的簡稱，中文稱為互補金屬氧化物半導體。而CCD是Charge-Coupled Device的簡稱，含義是電荷耦合器件。是不是覺得很拗口？還是CMOS和CCD更順耳。

CCD傳感器的名稱來源于捕獲圖像后如何讀取電荷。利用特殊的制造工藝，傳感器能夠在不影響圖像質量的情況下傳輸累積的電荷。整個像素區(qū)域可以看作是個矩陣，每個矩陣單元就是一個像素。

01、CMOS和CCD的微觀結構

CCD的基本感光單元，是金屬氧化物半導體電容器（MOS= Metal Oxide Semiconductor Capacity），它用作光電二極管和存儲設備。

典型的CCD器件有四層：（a）底部摻雜硼的硅襯底（Silicon Substrate）、（b）溝道停止層（Channel Stop）、（c）氧化層（Silicon Dioxide）和（d）用于控制的柵電極（Polysilicon Gate Electrode）。當柵極電壓高時，氧化層下方會產生勢能阱（Potential Well）。傳入的光子可以激發(fā)勢阱中的電子，這些電子可以被收集和引導，周圍的摻雜區(qū)可防止受激電子泄漏。

使用CCD相機生成圖像，可分為四個主要階段或功能：通過光子與器件光敏區(qū)域相互作用產生電荷、收集和存儲釋放的電荷、電荷轉移和電荷測量。

①信號電荷的產生：CCD工作過程的第一步是電荷的產生。CCD可以將入射光信號轉換為電荷輸出，依據(jù)的是半導體的內光電效應（光伏效應）。

②信號電荷的存儲：CCD工作過程的第二步是信號電荷的收集，就是將入射光子激勵出的電荷收集起來成為信號電荷包的過程。

③信號電荷的傳輸（耦合）：CCD工作過程的第三步是信號電荷包的轉移，就是將所收集起來的電荷包從一個像元轉移到下一個像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。

④信號電荷的檢測：CCD工作過程的第四步是電荷的檢測，就是將轉移到輸出級的電荷轉化為電流或者電壓的過程。

CMOS微觀結構：和CCD最大的區(qū)別在于電荷的傳輸方式不同，CMOS使用金屬導線傳遞。CMOS像元工作示意圖。傳感器像素（一個反向偏置的二極管）連接到讀出芯片中的像素電子元件。

02、CMOS和CCD傳感器工作原理

CMOS外觀：包含像元，數(shù)字邏輯電路，信號處理器，時鐘控制器等。

CCD外觀：包含水平和垂直移位寄存器，以及用于水平和垂直移位寄存器的時鐘控制器，還有輸出放大器等。把這兩種傳感器抽象一下，有下面這兩張電路圖。

CCD傳感器示意圖。CCD本質上是一個大陣列的半導體“桶”，可以將傳入的光子轉換為電子并保持累積的電荷。這些電荷，可以被垂直移位寄存器，向下轉移到水平移位寄存器，水平移位寄存器可以將電荷轉換為電壓并輸出。

CMOS傳感器示意圖?；パa金屬氧化物半導體設計不是傳輸電荷桶，而是立即將電荷轉換為電壓，并在微線上輸出電壓。

CMOS圖像傳感器工作示意圖。CCD在過程結束時將電荷轉換為電壓，而CMOS傳感器則在開始時執(zhí)行此轉換（因為各像元內包含電壓轉換器）。然后可以通過緊湊、節(jié)能的微型電線輸出電壓。

全幅CCD是結構最簡單的傳感器，可以以非常高的分辨率生產。它們只有一個單線傳輸寄存器作為緩沖器，不能通過傳感器控制設置快門速度。因此，傳感器必須位于機械快門后面，因為光敏傳感器表面只能在曝光時間內暴露在光線下。全幅CCD主要用于科學和天文學中的攝影目的。

在曝光時間結束時，來自傳感器單元的電荷同時傳輸?shù)剿邢袼氐闹虚g存儲器，并通過垂直和水平位移從那里讀出。行間傳輸CCD的優(yōu)勢在于它們可以快速、完全地從傳感器單元接收圖像信息，中間存儲不需要機械鎖。這種設計的缺點是，傳感器的填充系數(shù)較低，這會導致對光的敏感度降低，或在低光下更容易產生噪聲。

曝光后，存儲的圖像或單元中的電荷會非常迅速地轉移到轉移寄存器中。然后以與全幀CCD相同的方式從傳輸寄存器讀取電荷。

結合了行間和全幅CCD原理。通過這種結構，有源傳感器單元的電荷可以非?？焖俚貍鬏?shù)街虚g存儲單元，并從那里同樣快速地傳輸?shù)酵耆煌腹獾膫鬏敿拇嫫?。關于CCD工作原理，有一個經典的區(qū)域雨水測量比喻。

CCD串行讀出方式，可以用桶旅測量區(qū)域雨量來示意。其中落在桶陣列上的降雨強度可能因地而異，與成像傳感器上的入射光子相似，這些桶在積分期間收集了不同數(shù)量的信號（水），桶在傳送帶上向代表串行寄存器（Serial Bucket Array）的一排空桶傳送。一整排存儲桶被并行移動到串行寄存器的存儲庫中。

串行移位和讀出操作，其中描繪了每個桶中累積的雨水被順序轉移到校準的測量容器中，這類似于CCD輸出放大器。當串行傳送帶上所有容器的內容物按順序測量完畢后，另一列并行班次（Parallel Register Shift）將下一行收集桶的內容物轉移到串行記錄容器中，重復該過程，直到每個桶（像素）的內容物都測量完畢。

03、結論

有了前面的了解，我們就直接給出結論了。CCD和CMOS傳感器之間的主要區(qū)別在于處理每個像素的方式：CCD將光生電荷從一個像素移動到另一個像素，并在輸出節(jié)點將其轉換為電壓。CMOS成像器，在每個像素上使用多個晶體管，將每個像素內的電荷轉換為電壓，以使用更傳統(tǒng)的導線放大和移動電荷。

CCD和CMOS傳感器的區(qū)別：CCD像元產生的電荷，需要先寄存在垂直寄存器中，然后分行傳送到水平寄存器，最后單獨依次測量每個像元的電荷并放大輸出信號。而CMOS傳感器，則可以在每個像元中產生電壓，然后通過金屬線，傳送到放大器輸出，速度更快。

CCD將光生電荷從一個像素移動到另一個像素，并在輸出節(jié)點將其轉換為電壓。CMOS成像器，在每個像素上使用多個晶體管，將每個像素內的電荷轉換為電壓，以使用更傳統(tǒng)的導線放大和移動電荷。

CCDVSCMOS。

CMOS比CCD有一些明顯的優(yōu)勢：

CMOS傳感器具有比CCD更快的數(shù)據(jù)檢索速度。在CMOS中，每個像素都單獨放大，而不是在CCD中的公共端節(jié)點處理數(shù)據(jù)。這意味著每個像素都有自己的放大器，處理器消耗的噪聲可以在像素級調低，然后放大以獲得更高的清晰度，而不是在端節(jié)點一次性放大每個像素的原始數(shù)據(jù)。

CMOS傳感器更節(jié)能且生產成本更低。它們可以通過重新利用現(xiàn)有的半導體來構建。與CCD中的高壓模擬電路相比，這些也使用更少的功率。CCD傳感器的圖像質量優(yōu)于CMOS傳感器。然而，CMOS傳感器在功耗和價格等方面優(yōu)于CCD傳感器。

一文讀懂CMOS圖像傳感器

1873年，科學家約瑟·美（Joseph May）及偉洛比·史密夫（WilloughbySmith）就發(fā)現(xiàn)了硒元素結晶體感光后能產生電流，由此，電子影像發(fā)展開始，隨著技術演進，圖像傳感器性能逐步提升。1.20世紀50年代——光學倍增管（Photo Multiplier Tube，簡稱PMT）出現(xiàn)。2.1965年—1970年，IBM、Fairchild等企業(yè)開發(fā)光電以及雙極二極管陣列。3.1970年，CCD圖像傳感器在Bell實驗室發(fā)明，依靠其高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一致性、低噪音等性能，成為圖像傳感器市場的主導。4.90年代末，步入CMOS時代。

國際空間站使用CCD相機

1.1997年，卡西尼國際空間站使用CCD相機（廣角和窄角）。

2.美國宇航局局長丹尼爾戈爾丁稱贊CCD相機“更快，更好，更便宜”；聲稱在未來的航天器上減少質量，功率，成本，都需要小型化相機。而電子集成便是小型化的良好途徑，而基于MOS的圖像傳感器便擁有無源像素和有源像素（3T）的配置。

圖像傳感器的歷史沿革——CMOS圖像傳感器

1.CMOS圖像傳感器使得“芯片相機”成為可能，相機小型化趨勢明顯。

2.2007年，Siimpel AF相機模型的出現(xiàn)標志著相機小型化重大突破。

3.芯片相機的崛起為多個領域（車載，軍工航天、醫(yī)療、工業(yè)制造、移動攝影、安防）等領域的技術創(chuàng)新提供了新機遇。

CMOS圖像傳感器走向商業(yè)化

1.1995年2月，Photobit公司成立，將CMOS圖像傳感器技術實現(xiàn)商業(yè)化。

2.1995-2001年間，Photobit增長到約135人，主要包括：私營企業(yè)自籌資金的定制設計合同、SBIR計劃的重要支持（NASA/DoD）、戰(zhàn)略業(yè)務合作伙伴的投資，這期間共提交了100多項新專利申請。

3.CMOS圖像傳感器經商業(yè)化后，發(fā)展迅猛，應用前景廣闊，逐步取代CCD成為新潮流。

CMOS圖像傳感器的廣泛應用

2001年11月，Photobit被美光科技公司收購并獲得許可回歸加州理工學院。與此同時，到2001年，已有數(shù)十家競爭對手嶄露頭角，例如Toshiba，STMicro，Omnivision，CMOS圖像傳感器業(yè)務部分歸功于早期的努力促進技術成果轉化。后來，索尼和三星分別成為現(xiàn)在全球市場排名第一，第二。后來，Micron剝離了Aptina，Aptina被ON Semi收購，目前排名第4。CMOS傳感器逐漸成為攝影領域主流，并廣泛應用于多種場合。

CMOS圖像傳感器發(fā)展歷程

70年代：Fairchild，80年代：Hitachi，80年代初期：Sony，1971年：發(fā)明FDA&CDS技術。80年中葉：在消費市場上實現(xiàn)重大突破；1990年：NHK/Olympus，放大MOS成像儀（AMI)，即CIS，1993年：JPL,CMOS有源像素傳感器，1998年：單芯片相機，2005年后：CMOS圖像傳感器成為主流。

CMOS圖像傳感器技術簡介

CMOS圖像傳感器

CMOS圖像傳感器（CIS）是模擬電路和數(shù)字電路的集成。主要由四個組件構成：微透鏡、彩色濾光片（CF）、光電二極管（PD）、像素設計。

1.微透鏡：具有球形表面和網狀透鏡；光通過微透鏡時，CIS的非活性部分負責將光收集起來并將其聚焦到彩色濾光片。

2.彩色濾光片（CF）：拆分反射光中的紅、綠、藍（RGB）成分，并通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。

3.光電二極管（PD）：作為光電轉換器件，捕捉光并轉換成電流；一般采用PIN二極管或PN結器件制成。

4.像素設計：通過CIS上裝配的有源像素傳感器（APS）實現(xiàn)。APS常由3至6個晶體管構成，可從大型電容陣列中獲得或緩沖像素，并在像素內部將光電流轉換成電壓，具有較完美的靈敏度水平和的噪聲指標。

Bayer陣列濾鏡與像素

1.感光元件上的每個方塊代表一個像素塊，上方附著著一層彩色濾光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。經典的Bayer陣列是以2x2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer陣列擴大到了4x4，并且以2x2的方式將RGB相鄰排列。公眾號《機械工程文萃》，工程師的加油站！

2.像素，即亮光或暗光條件下的像素點數(shù)量，是數(shù)碼顯示的基本單位，其實質是一個抽象的取樣，我們用彩色方塊來表示。

3.圖示像素用R（紅）G（綠）B（藍）三原色填充，每個小像素塊的長度指的是像素尺寸，圖示尺寸為0.8μm。

Bayer陣列濾鏡與像素

濾鏡上每個小方塊與感光元件的像素塊對應，也就是在每個像素前覆蓋了一個特定的顏色濾鏡。比如紅色濾鏡塊，只允許紅色光線投到感光元件上，那么對應的這個像素塊就只反映紅色光線的信息。隨后還需要后期色彩還原去猜色，最后形成一張完整的彩色照片。感光元件→Bayer濾鏡→色彩還原，這一整套流程，就叫做Bayer陣列。

前照式（FSI）與背照式（BSI）

早期的CIS采用的是前面照度技術FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜爾陣列濾鏡與光電二極管（PD）間夾雜著金屬（鋁，銅）區(qū)，大量金屬連線的存在對進入傳感器表面的光線存在較大的干擾，阻礙了相當一部分光線進入到下一層的光電二極管（PD），信噪比較低。技術改進后，在背面照度技術BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的結構下，金屬（鋁，銅）區(qū)轉移到光電二極管（PD）的背面，意味著經拜爾陣列濾鏡收集的光線不再眾多金屬連線阻擋，光線得以直接進入光電二極管；BSI不僅可大幅度提高信噪比，且可配合更復雜、更大規(guī)模電路來提升傳感器讀取速度。

CIS參數(shù)——幀率

幀率（Frame rate）：以幀為單位的位圖圖像連續(xù)出現(xiàn)在顯示器上的頻率，即每秒能顯示多少張圖片。而想要實現(xiàn)高像素CIS的設計，很重要的一點就是Analog電路設計，像素上去了，沒有匹配的高速讀出和處理電路，便無辦法以高幀率輸出出來。

索尼早于2007年chuan'gan發(fā)布了首款Exmor傳感器。Exmor傳感器在每列像素下方布有獨立的ADC模數(shù)轉換器，這意味著在CIS芯片上即可完成模數(shù)轉換，有效減少了噪聲，大大提高了讀取速度，也簡化了PCB設計。

CMOS圖像傳感器的應用

CMOS圖像傳感器全球市場規(guī)模

2017年為CMOS圖像傳感器高增長點，同比增長達到20%。2018年，全球CIS市場規(guī)模155億美元，預計2019年同比增長10%，達到170億美元。目前，CIS市場正處于穩(wěn)定增長期，預計2024年市場逐漸飽和，市場規(guī)模達到240億美元。

CIS應用——車載領域

1.車載領域的CIS應用包括：后視攝像（RVC)，全方位視圖系統(tǒng)（SVS)，攝像機監(jiān)控系統(tǒng)（CMS），F(xiàn)V/MV，DMS/IMS系統(tǒng)。

2.汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長趨勢。

3.后視攝像（RVC）是銷量主力軍，呈穩(wěn)定增長趨勢，2016年全球銷量為5100萬臺，2018年為6000萬臺，2019年達到6500萬臺，2020年超過7000萬臺。

4.FV/MV全球銷量增長迅速，2016年為1000萬臺，2018年為3000萬臺，此后，預計FV/MV將依舊保持迅速增長趨勢，019年銷量4000萬臺，2021達7500萬臺，直逼RVC全球銷量。

車載領域——HDR技術方法

1.HDR解決方案，即高動態(tài)范圍成像，是用來實現(xiàn)比普通數(shù)位圖像技術更大曝光動態(tài)范圍。

2.時間復用。相同的像素陣列通過使用多個卷簾（交錯HDR）來描繪多個邊框。好處：HDR方案是與傳統(tǒng)傳感器兼容的最簡單的像素技術。缺點：不同時間發(fā)生的捕獲導致產生運動偽影。

3.空間復用。單個像素陣列幀被分解為多個，通過不同的方法捕獲：1.像素或行級別的獨立曝光控制。優(yōu)點：單幀中的運動偽影比交錯的運動偽影少。缺點：分辨率損失，且運動偽影仍然存在邊緣。2.每個像素共用同一微透鏡的多個光電二極管。優(yōu)點：在單個多捕獲幀中沒有運動偽影；缺點：從等效像素區(qū)域降低靈敏度。

4.非常大的全井產能。