CMOS图像传感器

1. CMOS图像传感器的历史

  CMOS图像传感器出现于1969年，它是一种用传统的芯片工艺方法将光敏元件、放大器、A/D转换器、存储器、数字信号处理器和计算机接口电路等集成在一块硅片上的图像传感器件，这种器件结构简单、处理功能多、成品效率高和价格低廉，有着广泛的应用前景。CMOS图像传感器主要由光敏电阻、MOS场效应管、放大器与开关电路等构成。

2. CMOS图像传感器的原理

首先，外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。另外，为了获得质量合格的实用摄像头，芯片中必须包含各种控制电路，如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用，还要求该芯片能输出一些时序信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。

3. CMOS图像传感器工作流程

1）初始化初始化时要确定器件的工作模式。

2）帧读出位移寄存器初始化利用同步脉冲SYNC-YR，可以使YR位移寄存器初始化。

3）启动行读出 SYNC-YR指令可以启动行读出，从第一行开始，知道传感器的垂直行数。

4）启动X位移寄存器 利用同步信号SYNC-X，启动X位移寄存器开始读数，从X=0开始，至X=Xmax止。

5）信号采集 A/D转换器在时序脉冲控制下对一副模拟图像信号进行逐一的A/D转换与信号采集。

6）启动下一行读数 读完一行后，发出指令，接着进行下一行读数。

7）复位帧复位是用同步信号SYNC-YL控制的，从SYNC-YL开始至SYNC-YR出现的时间间隔便是曝光时间。

8）输出放大器复位 用于消除前一个像敏单元信号的影响，由脉冲信号SIN控制对输出放大器的复位。

9）信号采样/保持 为适合A/D转换器的工作，设置采样/保持脉冲，该脉冲由脉冲信号SHY控制。