视频信息处理与传输课程研究报告一 - 图文

视频信息处理与传输 课程研究报告一

目录

一、概述： ........................................................................................................ 2 二、CMOS图像传感器......................................................................................2 2.1 发展历程...................................................................................... ...............2 2.2工作原理.......................................................................................................3 2.2.1 无源像素传感器...................................................................................3 2.2.2 有源像素传感器...................................................................................4 2.2.3 数字像素传感器...................................................................................4 2.3 CIS技术优势................................................................................................5 2.4 应用..............................................................................................................6 2.4.1数码相机................................................................................................6 2.4.2 CMOS数字摄像机...............................................................................6 2.4.3其他应用领域........................................................................................6 2.4.4X光机市场.............................................................................................7 2.5市场前景.......................................................................................................7 三、CMOS与CCD.............................................................................................9 3.1灵敏度差异.................................................................................................10 3.2成本差异.....................................................................................................10 3 .3分辨率差异................................................................................................10 3.4噪声差异.....................................................................................................10 3.5功耗差异.....................................................................................................10 四、参考文献： .................................................................................................11

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一、概述：

随着数码相机、手机相机的兴起，图像传感器正逐渐成为半导体产品中最耀眼的明星之一，而在图像传感器中，日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点，希望成为市场上的主流技术，CMOS图像传感器的产量不断增加．应用领域不断扩展。21世纪将是CMOS图像传感嚣在电子摄像领域演主角的世纪：。鉴于此，本文将首先简介CMOS图像传感器的发展历程及工作原理．指出了CMOS图像传感器的技术优势，并讨论了CMOS图像传感器的发展趋势。也接着介绍了CCD与CMOS传感器在原理方面的差异，探讨领导厂商的技术发展蓝图，了解这些不同的图像传感器在应用市场上的发展趋势 。

三、CMOS图像传感器

2.1发展历程

现代人类生活中，人们迫切需要获取各类信息，其中以视觉器官为渠道获取的图像信

息居多。据统计，人们所获取的信息，80％以上是通过视觉器官得到的。随着半导体技术水平的不断提高．图像传感(Image Sensor)作为目前视觉信息获取的一种基础器件，因其能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展．给出直观、多层次、内容丰富的可视图像信息．而在现代社会生活中得到越来越广泛的应用。

目前，图像传感器主要分2类，电荷耦合器件(Charge—Coupled Device，CCD)和互补金属氧化物场效应管(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)图像传感器。自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控设备中的核心器件。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器与电荷耦合器件(CCD)图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而由于CCD可以在较大面积上有效、均匀地收集和转移所产生的电荷并低噪声地测量，因此在过去20年。CCD器件一直主宰着图像传感器市场。但是最近10年，由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点现在都可以找到办法克服。而且它固有的诸如像元内放大、列并行结构，以及深亚微米CMOS处理等独特的优点更是CCD器件所无法比拟的，而且与CCD技术相比，CMOS技术集成度高、采用单电源和低电压供电、成本低和技术门槛低。低成本、单芯片、功耗低和设计简单等优点使CMOS图像传感器在保安监视系统、可视电话、可拍照手机、玩具、汽车和医疗电子等低端像素产品领域中大出风头。这些方面的应用驱动了CMOS图像传感器市场的快速增长，使它再次成为研究的热点。70年代初，CMOS传感器在美国航空航天局(NASA)的Jet Propulsion Laboratory(JPL)制造成功。

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80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第1块单片CMOS型图像传感器件。1995年，像元数为128x128的高性能CMOS有源像素图像传感器由JPL首先研制成功。1997年，英国爱丁堡VLSI Version公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化。就在这一年，实用CMOS技术的特征尺寸达到了0．35 m，东芝研制成功了光电二极管型APS(Active Pixel Sen．Sor)，其像元尺寸为5．6 bmx5．6 m，具有彩色滤色膜和微透镜阵列。2000年．El本东芝公司和美国斯坦福大学采用0．35 m技术开发的CMOS—APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。目前在国内，中芯国际也已经量产了应用0．18 LLm技术的CMOS图像传感器。制造工艺的进步和新产品的不断推出预示着CMOS图像传感器的时代即将到来。

2.2 CMOS图像传感器CIS的结构及工作原理

MOS图像传感器的概念最早出现在20世纪60年代，但当时由于大规模集成电路工艺的限制未能进行研究 。普遍意义上的CMOS图像传感器的研究是从80年代早期开始，而从实验室走向产品化则是在90年代早期。CMOS图像传感器的研发大致经历了3个阶段：CMOS无源像素传感器(CMOS—PPS。Passive Pixel Sensor)阶段、CMOS有源像素传感器（CMOS—APS，Active Pixel Sensor)阶段和CMOS数字 像素传感器(CMOS—DPS，Digital Pixel Sensor)阶段。

2.2.1无源像素图像传感器

在上世纪60年代后期，G．Weckler就提出了无源像素传感器结构的CMOS图像传感器iz．31。这种结构至今几乎没有发生较大变化。它的无源像素结构如图1(a)所示：它包括1个光电二极管和1个MOS开关管。光电二极管用于将入射的光信号转换为电信号；MOS开关管的导通与否取决于器件像元阵列的控制电路。在每一曝光周期开始时．MOS开关管处于关断状态，直至光敏单元完成预定时间的光电积分过程，MOS开关管才转入导通状态；

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