??什么是CMOS

??CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)是互補金屬氧化物半導(dǎo)體。CMOS相機原理框圖如下：

??CMOS相機主要組成部分是像敏單元陣列和MOS場效應(yīng)管集成電路，這兩部分是集成在同一塊硅片上。也就是是說，每個像素包括兩個部分：感光部分 – 像敏單元將光轉(zhuǎn)換成點信號，信號預(yù)處理部分 – MOS場效應(yīng)管。像素也是排成陣列，與CCD不同，每個像素都有其X、Y地址，并可分別由兩個方向的地址譯碼器進行選擇;輸出信號送A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號輸出。

??CMOS相機像素結(jié)構(gòu)

??CMOS相機像素結(jié)構(gòu)主要有無源像素圖像傳感器(Passive Pixel Sensor, PPS)和有源像素圖像傳感器(Active Pixel Sensor, APS)兩種。下圖是示意圖

??APS結(jié)構(gòu)像素的放大器具有放大和緩沖功能，光生電子信號在像素內(nèi)放大，然后用X-Y地址方式讀出。

??光敏二極管可以是CCD相同的MOS電容結(jié)構(gòu)。

??CMOS相機的像素信號是先放大-再讀出。

??CCD相機和CMOS相機的比較

??相同之處：

??探測機理相同，都是利用光電效應(yīng)。

??不同之處：

??1. CCD使用LSI(大規(guī)模集成電路)相差甚遠的制造工藝，CMOS基于CMOS LSI制造工藝。

??2. CCD入射光產(chǎn)生的信號電荷未經(jīng)放大，利用CCD耦合機理轉(zhuǎn)移到輸出電路，在輸出電路放大信號;CMOS在像素內(nèi)就對入射光產(chǎn)生的信號電荷進行了放大，再利用XY地址方式選擇讀出放大后的信號 – 電壓或電流。CCD需要依次將像素電荷包向移位寄存器移動，通過移位寄存器輸出信號，轉(zhuǎn)移費時，而CMOS像素的信號直接讀出。相對而言，CMOS沒有CCD電荷包轉(zhuǎn)移過程引入的轉(zhuǎn)移噪聲。此外，CCD在電荷包轉(zhuǎn)移過程中，容易受到漏光的影響，CMOS直接讀出，轉(zhuǎn)移過程則不受漏光噪聲的影響;

??3. CCD相機按像素列(或行)排列順序讀出，而CMOS是X-Y地址選擇像素的方式讀出，易于控制;

??4. CCD像素結(jié)構(gòu)比較簡單，CMOS像素結(jié)構(gòu)復(fù)雜：包含光敏MOS、放大器、行選擇開關(guān)(場效應(yīng)管)等。

??性能比較

??由于CMOS靈敏度、分辨率、暗電流、信噪比不如CCD，科學(xué)級相機，特別是測弱光，主要還是CCD。

??CCD和CMOS相機的局限性

??CCD和CMOS的信號是一定時間間隔內(nèi)的光電效應(yīng)產(chǎn)生的電子數(shù)，是光生電子速率對時間的積分。而光生電子速率與光波長和光子流率相關(guān)，兩束不同波長的光，當波長和光子流率滿足一定的關(guān)系時，光生電子速率相同，因此CCD無法區(qū)分入射光波長，也就是說CCD和CMOS沒有能量分辨能力。

審核編輯：湯梓紅