CMOS摄像机的工作原理

CMOS摄像机的工作原理

CMOS 光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压） 信号，信号读取十分简单； CCD 图像传感器仅能输出模拟电信号，输出的电信号还需经后续地址译码模数转化图像信号处理器处理，需提供3 组不同的电源和同步时钟控制电路，集成度非常低。
由于CMOS 图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制已经得到了迅速发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到了降低. 高集成单芯片CMOS 图像传感器使有关图像的应用更容易实现. 增加和改善了许多功能，如自动增益控制、自动曝光控制、伽玛校正、背景补偿和自动黑点校正. 所有的彩色矩阵处理功能都被集成在芯片上. CMOS 集成度高，将会在功耗、大小、系统及成本上有竞争优势. 带CMOS 图像传感器的手机价格低，使用方便，同PC 机结合可进行编辑，配合高性能的打印机以及计算机上网的普及，市场需求量会快速增长。 CMOS成像器件工作原理如图1所示，它的主要组成部分是像敏单元阵列和MOS场效应管集成电路，而且这两部分是集成在同一硅片上的。像敏单元阵列实际上是光电二极管阵列它也有线阵和面阵之分。
图1所示的像敏单元阵列按H和V方向排列成方阵，方阵中的每一个像敏单元都有它在H、V各方向上的地址，并可分别由两个方向的地址译码器进行选择；每一列像敏单元都对应于一个列放大器，列放大器的输出信号分别接到由H方向地址译码控制器进行选择的模拟多路开关，并输出至输出放大器；输出放大器的输出信号送往A/D转换器进行模数转换，经预处理电路处理后通过接口电路输出。图中的时序信号发生器为整个CMOS图像传感器提供各种工作脉冲，这些脉冲均可受控于接口电路发来的同步控制信号。
CMOS成像器件原理图
在CMOS图像传感器的同一芯片中，还可以设置其他数字处理电路。例如，可进行自动曝光处理、非均匀性补偿、白平衡处理、γ校正、黑电平控制处理。甚至可将具有运算和可编程功能的DSP器件制作在一起，形成具有多种功能的器件。
为了改善CMOS图像传感器的性能，在许多实际的器件结构中，光敏单元常与放大器制作成一体，以提高灵敏度和信噪比。 CMOS图像传感器的功能很多，组成也很复杂。其器件工作原理如图1 所示，它由像敏单元、行列开关、地址译码器和A/D转换器等许多部分组成较为复杂的结构。这就需要使诸多的组成部分按一定的程序工作，以便协调各组成部分的工作。为了实施工作流程，还要设置时序脉冲，利用它的时序关系去控制各部分的运行次序，用它的电平或前后沿信号去适应各组成部分的电气性能。CMOS图像传感器的典型工作流程如图2 所示。