CMOS摄像头

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）是互补式金属氧化物半导体的英文缩写，它将NMOS和PMOS两个相反极性的MOS半导体串起来，形成了集成电路中广泛使用的一个基本单元。例如计算机中用量最大的内存——动态存储器，就是用CMOS工艺制造的。

其实CMOS的摄像头并不比CCD摄像头出现的时间晚多少，CCD在六十年代末，而CMOS在七十年代初相继开发出来，后来之所以CCD占了统治地位，是因为在当时的工艺制造技术条件下，CMOS的图像质量太差。直至1990年，新工艺的发展，使开发人员再一次对CMOS产生了兴趣，主要是看到了CMOS的低功耗、高集成（整个摄像头集成在一片晶体内）、低制造成本（基于不需重新建立新的生产线，可以在已有的主流的逻辑和存储器CMOS流水线中进行）。经过大量的投入和努力，CMOS摄像头在近几年已获得了极大的成功，它对CCD的强大挑战，形成了CCD和CMOS两个激烈竞争的发展方向和阵营。

在过去，CMOS图像传感器给人的印象是低端产品，例如商务用传真机、复印机、扫描仪，到今日，以娱乐为主的摄像头、手机拍摄组件，直至大紫大红的网上摄像头已多为CMOS传感器。同时，CMOS摄像头在图像质量上也取得长足的进步，即使在对图像质量要求较高的投影仪上也获得了使用。

无论是CCD还是CMOS，它们都是用光敏像元阵列将入射的光图像转换成像元内的电荷，所不同的是将这些像元中的电荷取出并转换成电压的方式和途径。我们曾在前面提到，CCD是用电荷量来载荷图像信息的，那CMOS就是用电压量来载荷图像信息的。为了比较，我们将CCD和CMOS的工作过程用图6-21展现出来，从图（a）可以看出，CCD的像元将光转换为电荷后，用电荷耦合的方法，将电荷逐点、逐行地用电荷移位寄存器移出，直至电荷/电压转换器，图像信息以电荷的形式在芯片内移动输出；而CMOS则以完全不同的方式将图像信息送出像元阵列，从图（b）可以看出，每一个像元光敏单元都有一个电荷/电压转换单元与之相伴，所以像元电荷马上转换成为电压，再通过与之对应的矩阵开关，将电压送出阵列，所以CMOS的图像信息是以电压的形式传送输出的。由于这种完全不同的结构，为它们带来了各自的长处和短处。

我们首先来比较一下它们的集成度，图6-22形象地展现了它们在一片晶体内所包含的功能。红框范围内的单元是目前CCD芯片所能容纳的功能单元；而蓝框范围内是CMOS芯片所能容纳的功能单元，除了CCD所有的单元外，它还容纳了相机的控制电路、A/D转换以及相应的数字视频信号处理电路，这些处理可以包括亮度、对比度、γ校正等视频处理，也可以包含噪音抑制、边缘检测等较复杂的处理。