CMOS摄像机的发展及应用

    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二个相反极性的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zui大的内存——动态存储器，就是用CMOS工艺制造的。

    CMOS的摄像机并不比CCD摄像机出现的时间晚多少，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的图像质量太差了。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（整个摄像机集成在一片晶体内）、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摄像机在近几年已获得了极大的成功，已形成了对CCD的强大挑战。形成了CCD和CMOS二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，以娱乐为主的摄像机、手机拍摄组件，直至大紫大红的网上摄像机也多为CMOS传感器。同时，CMOS摄像机在图像质量上已取得长足的进步，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CMOS还是CCD，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不同。CCD是用电荷量来载荷图像信息的，而CMOS是用电压量来载荷图像信息的。

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    CMOS和CCD的工作过程如下图所示，从图（a）可以看出，CCD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，图像信息用电荷的形式在芯片内移动输出；而CMOS则以*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*不同的结构，为它们带来了各自的长处和短处。

    CCD和CMOS工作过程示意图
 

    CMOS摄像机有*的集成度、低功耗和小尺寸的优势；但在图像质量，特别在低照度下和灵活性方面就要逊色多了。所以CMOS适合于批量大、有空间和重量限制，而图像质量要求不是太高的领域，例如保安、生物测量仪等领域使用，包括机器视觉系统中对图像质量要求不严的场合，例如数字或文学识别、易区分的缺陷检测、简单物体几何分类、简单场景自动导航等等。