你了解CMOS傳感器嗎?CMOS傳感器工作原理+影響因素介紹

CMOS傳感技術(shù)是目前主要技術(shù)之一，基于CMOS傳感技術(shù)，早已研制出CMOS傳感器。為了增進(jìn)大家對(duì)CMOS的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)CMOS傳感器的工作原理以及CMOS傳感器的影響因素予以介紹。如果你對(duì)CMOS具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、CMOS傳感器工作原理

CMOS技術(shù)最初是應(yīng)用于圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)中，但是隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷完善，他現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅適用于傳統(tǒng)的工業(yè)圖像處理了。CMOS技術(shù)憑借著它十分優(yōu)越的性能被各種行業(yè)所接納，CMOS技術(shù)被廣泛運(yùn)用于汽車行業(yè)中，使用CMOS圖像轉(zhuǎn)換技術(shù)可以使汽車在駕駛的過程中有著很高的安全性和舒適性。

根據(jù)一些市場(chǎng)調(diào)研公司的報(bào)告，在以后的一段時(shí)間里，CMOS圖像處理的歐洲市場(chǎng)年成長(zhǎng)率將會(huì)超過百分之六。在這百分之六中，相機(jī)行業(yè)占據(jù)了很大的規(guī)模，而且還有著不斷增大的趨勢(shì)。如果單獨(dú)就圖像傳感器的市場(chǎng)來看，CMOS技術(shù)的年成長(zhǎng)率甚至可以達(dá)到百分之三十或者更多。所以說手機(jī)相機(jī)和數(shù)碼單反相機(jī)的普及，也是CMOS技術(shù)能夠得到推廣的主要原因。人們?yōu)槭裁磿?huì)如此看好CMOS技術(shù)呢，這主要是因?yàn)镃MOS技術(shù)出色的功效，與其他的圖向處理技術(shù)相比，它有著更高的靈敏度、更強(qiáng)的圖向捕獲能力、以及更高的分辨率。除了這些客觀上的優(yōu)點(diǎn)之外，該項(xiàng)技術(shù)還添加了一些新穎的應(yīng)用。

CMOS傳感器的工作原理是這樣的，它和普通的傳感器不同，它會(huì)把每個(gè)像素中的電荷數(shù)據(jù)原封不動(dòng)的傳輸?shù)较乱粋€(gè)像素中，不會(huì)遺漏任何任何信息。一般情況下，信息還有傳感器最底端輸出的，在經(jīng)過傳感器的邊緣時(shí)，通過放大處理之后輸出。

使用CMOS傳感技術(shù)時(shí)，每一個(gè)像素的旁邊都會(huì)有一個(gè)放大器，可以把內(nèi)存電路中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)釋放出來。正是因?yàn)榻?jīng)過了這一系列處理，所以CMOS傳感器所處理的圖像才可以更加的清晰，受到廣大使用者的喜愛。

二、CMOS傳感器影響因素

1.噪聲

這是影響CMOS傳感器性能的首要問題。這種噪聲包括固定圖形噪聲FPN(Fixedpatternnoise)、暗電流噪聲、熱噪聲等。固定圖形噪聲產(chǎn)生的原因是一束同樣的光照射到兩個(gè)不同的象素上產(chǎn)生的輸出信號(hào)不完全相同。噪聲正是這樣被引入的。對(duì)付固定圖形噪聲可以應(yīng)用雙采樣或相關(guān)雙采樣技術(shù)。具體地說來有點(diǎn)像在設(shè)計(jì)模擬放大器時(shí)引入差分對(duì)來抑制共模噪聲。雙采樣是先讀出光照產(chǎn)生的電荷積分信號(hào)，暫存然后對(duì)象素單元進(jìn)行復(fù)位，再讀取此象素單元地輸出信號(hào)。兩者相減得出圖像信號(hào)。兩種采樣均能有效抑制固定圖形噪聲。另外，相關(guān)雙采樣需要臨時(shí)存儲(chǔ)單元，隨著象素地增加，存儲(chǔ)單元也要增加。

2.暗電流

物理器件不可能是理想的，如同亞閾值效應(yīng)一樣，由于雜質(zhì)、受熱等其他原因的影響，即使沒有光照射到象素，象素單元也會(huì)產(chǎn)生電荷，這些電荷產(chǎn)生了暗電流。暗電流與光照產(chǎn)生的電荷很難進(jìn)行區(qū)分。暗電流在像素陣列各處也不完全相同，它會(huì)導(dǎo)致固定圖形噪聲。對(duì)于含有積分功能的像素單元來說，暗電流所造成的固定圖形噪聲與積分時(shí)間成正比。暗電流的產(chǎn)生也是一個(gè)隨機(jī)過程，它是散彈噪聲的一個(gè)來源。因此，熱噪聲元件所產(chǎn)生的暗電流大小等于像素單元中的暗電流電子數(shù)的平方根。當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間的積分單元被采用時(shí)，這種類型的噪聲就變成了影響圖像信號(hào)質(zhì)量的主要因素，對(duì)于昏暗物體，長(zhǎng)時(shí)間的積分是必要的，并且像素單元電容容量是有限的，于是暗電流電子的積累限制了積分的最長(zhǎng)時(shí)間。

為減少暗電流對(duì)圖像信號(hào)的影響，首先可以采取降溫手段。但是，僅對(duì)芯片降溫是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，由暗電流產(chǎn)生的固定圖形噪聲不能完全通過雙采樣克服?，F(xiàn)在采用的有效的方法是從已獲得的圖像信號(hào)中減去參考暗電流信號(hào)。

3.象素的飽和與溢出模糊

類似于放大器由于線性區(qū)的范圍有限而存在一個(gè)輸入上限，對(duì)于CMOS圖像傳感芯片來說，它也有一個(gè)輸入的上限。輸入光信號(hào)若超過此上限，像素單元將飽和而不能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。對(duì)于含有積分功能的像素單元來說，此上限由光電子積分單元的容量大小決定：對(duì)于不含積分功能的像素單元，該上限由流過光電二極管或三極管的最大電流決定。在輸入光信號(hào)飽和時(shí)，溢出模糊就發(fā)生了。溢出模糊是由于像素單元的光電子飽和進(jìn)而流出到鄰近的像素單元上。溢出模糊反映到圖像上就是一片特別亮的區(qū)域。這有些類似于照片上的曝光過度。溢出模糊可通過在像素單元內(nèi)加入自動(dòng)泄放管來克服，泄放管可以有效地將過剩電荷排出。但是，這只是限制了溢出，卻不能使象素能真實(shí)還原出圖像了。

以上便是此次小編帶來的“CMOS”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對(duì)CMOS傳感器工作原理以及CMOS傳感器影響因素具備一定的了解。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!