三、CMOS图像传感器的像敏单元结构 CMOS图像传感器的像敏单元结构
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2.主动式像敏单元结构 基本电路如图5所示。从图可以看出，场效应管V1构成光电二极 管的负载，它的栅极接在复位信号线上，当复位脉冲出现时，V1导通， 光电二极管被瞬时复位；而当复位脉冲消失后，V1截止，光电二极管 开始积分光信号。 图6所示为上述过程的时序图，其中，复位脉冲首先来到，V1导 通，光电二极管复位；复位脉冲消失后，光电二极管进行积分；积分 结束后，V3管导通，信号输出。
图9.SXGA型图像传感器的像敏区结构

六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
SXGA型CMOS成像器件的光谱特性如图10所示。
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图10.SXGA型图像传感器的光谱响应特性曲线

六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
2.6.4 CMOS图 传感 图
光电系统与 号处
„‡€5Šq 电话：87557204

、概
况
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CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor） 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， 这种器件的结构简单、处理功能多、成品率高和价格低廉， 有着广泛的应用前景。
图5.主动式像敏单元结构的基本电路 图6.主动式像敏单元时序图

、CMOS图 传感 图
参数
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1、光谱响应特性、量子效率 光敏面积 2、填充因子 填充因子＝ 像敏面积 3、输出特性和动态范围 随着输出模式不同，有四种动态范围： （1）线性输出：适合连续测量、动态范围小、S/N高 （2）双斜率模式:扩大动态范围 输出特性和动态范围 （3）对数模式：动态范围大 （4）γ校正模式：U=KeγE 对数模式输出 4、噪声 （1）光敏元噪声：热噪声、散粒噪声、g-r噪声、电流噪声 γ校正输出 （2）MOS噪声 双斜率输出 （3）工作噪声：复位噪声、空间噪声 5、空间传递函数 线性输出
图16. 模输出特 性如图11所示。曲线的线性段的动 态范围仅为66dB。若采用对数放大 器，动态范围可达到100dB。 图11.输出特性曲线
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2. 输出放大器 图12所示为SXGA型CMOS成像器件输出放大器电路原理框图，主要由三部分 组成 。
图12.输出放大电路的原理图
、
CMOS图 传感 图
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1.成像器件的原理结构 SXGA型是CMOS图像传感器的主要部分，其原理结构如图8所示。
图8.SXGA型图像传感器原理结构图

六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
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SXGA型CMOS成像器件像敏区的结构如图9所示 。 该器件的像敏单元总数是1286×1030个，其中在每行和每列的起始端及末 尾端各有3个像元为虚设单元。
CCD图 传感器 图
10
较 1000
70
x－y寻 ，可随机 样 高 、 高
顺
个
输
学研究 高 、军 、科学研究

五、CMOS与CCD图像传感器性能比较 与 图像传感器性能比较
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图D图像传感器工作原理框图


六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
为4位编码信号，即可选择的增益有8种，增益在5.33~17.53之间可调。
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增益可调的放大器可按指数规律控制，如图13所示。控制增益的信号
图14.增益对带宽的影响 图13.增益调节规律


、CMOS图 传感 图
单 结构
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CMOS图像传感器的像敏单元结构有两种类型，即被动像敏单元结 构和主动像敏单元结构。 1.被动式像敏单元结构：只包含光电二极管和地址选通开关
图3.CMOS像敏单元结构

图4.图像信号的读出时序 图像信号的读出时序

一、概 况
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CMOS图像传感器虽然比CCD出现还早一年，但在相当 长的时间内，由于它存在成像质量差、像敏单元尺寸小、填 充率（有效像元与总面积之比）低（10%~20%），响应速度 慢等缺点，因此只能用于图像质量要求较低、尺寸较小的数 码相机中，如机器人视觉应用的场合。
、CMOS图 传感 图
组
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1.CMOS图像传感器的工作原理框图
图1.CMOS图像传感器工作原理框图 图像传感器工作原理框图

二、CMOS图像传感器的组成 CMOS图像传感器的组成
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2.图像信号的输出过程 2.图像信号的输出过程
图2.CMOS图像传感器阵列原理示意图 图像传感器阵列原理示意图
六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
输出放大器的输出/输入特性曲线如图15所示。
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图15.输出-输入特性曲线

六、典型CMOS图像传感器 典型 图像传感器
3.A/D转换器 A/D转换器的输出/输入间的关系曲线如图16所示。
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信号传输率 曝光量
线性输出 双斜率输出 对数模式输出 γ校正输出

、CMOS与CCD图 传感 与 图
CMOS图 CMOS图 传感 10－ 10－100
较
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标 暗电流（ 暗电流（PA/M2） 电子电子-电压转换率 动态范围 响应均匀性 读出速度(Mpixels/s) 读出速度(Mpixels/s) 偏置、 偏置、功耗 工艺难度 信号输出方式 集成度 应用范围 性价比

一、概 况
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目前CMOS图像传感器正在监检、保安、自动化等民用 领域得到广泛应用：数码相机、摄像机、可拍照手机、可 视门铃、PC机的微型摄像头、指纹鉴定、医学诊断：药丸 式摄像机（camera-in-a-pill）