圖像傳感器

圖像傳感器的寫法

圖像傳感器介紹

圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，目前市場和業(yè)界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來，勾劃著未來人類的日常生活的美景。以其在日常生活中的應(yīng)用，無疑要屬數(shù)碼相機產(chǎn)品，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數(shù)碼相機就由幾十萬像素，發(fā)展到４００、５００萬像素甚至更高。不僅在發(fā)達的歐美國家，數(shù)碼相機已經(jīng)占有很大的市場，就是在發(fā)展中的中國，數(shù)碼相機的市場也在以驚人的速度在增長，因此，其關(guān)鍵零部件——圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為ＣＣＤ、ＣＭＯＳ以及ＣＩＳ傳感器三種。

發(fā)展及應(yīng)用

可視信息日趨重要,隨著多媒體系統(tǒng)的發(fā)展,圖像傳感器成為人們關(guān)注的焦點。眼睛是人類和動物的圖像接收器,而圖像傳感器則是電子設(shè)備的圖像接收器。圖像傳感器有兩種：線型圖像傳感器一般用在傳真機及掃描儀之類的產(chǎn)品中;面型圖像傳感器則廣泛地用于攝錄像機,安全保衛(wèi)照相機、數(shù)碼相機及計算機照相機,并開始用于傳統(tǒng)上的非視像產(chǎn)品,如移動電話、個人數(shù)字助理(PDA)等。

面型圖像傳感器中有CCD和CMOS兩種模式。通常,傳送優(yōu)良圖像質(zhì)量的設(shè)備都采用CCD圖像傳感器,而注重功耗和成本的產(chǎn)品則選擇CMOS圖像傳感器。但新的技術(shù)正在克服每種器體固有的弱點,同時保留了適合于特定用途的某些特性。目前兩種圖像傳感器仍隨著信息、通信、互聯(lián)網(wǎng)及便攜式電子設(shè)備的發(fā)展而發(fā)展。比如,圖像傳感器在移動電話以及攝錄像機和數(shù)碼相機方面都面對著一個急速成長的市場。歐洲、韓國及日本制造商卻關(guān)注著帶內(nèi)置照相機的移動電話,它將給圖像接收設(shè)備創(chuàng)造一個不斷成長的市場。

CCD圖像傳感器由在單晶硅基片上呈二維排列的光電二極管及其傳送電路構(gòu)成。光電二極管把光轉(zhuǎn)換成電荷,再經(jīng)轉(zhuǎn)換電路傳送和輸出。

CCD圖像傳感器按其傳送方法分為兩類(圖1)。行間傳送(IT)型幾乎每一像素都有移位寄存器,并把來自光電二極管的圖像值送到移位寄存器。CCD用微鏡覆蓋,以改善占空因素。在幀行間傳送(FIT)CCD(有人稱之為全幀傳送CCD)中,CCD把整整一幀的圖像數(shù)據(jù)送入串行移位寄存器,由它進行未加工原始圖像的處理。此外,該系統(tǒng)還把電荷迅速傳送進儲能器,供橫向寄存器進行電荷的連續(xù)輸出。三洋電子及Philips消費電子公司是兩家FIT系統(tǒng)應(yīng)用到CCD圖像傳感器的制造商。

通常光電二級管均勻排列成矩形點陣,但某些制造商已開發(fā)出了不同的設(shè)計。幾年前,日本富士照相膠卷公司與富士膠卷微器件公司共同開發(fā)了SuperCCD蜂房傳感器技術(shù)。這種結(jié)構(gòu)不是傳統(tǒng)的縱橫向排列,而采用了錯列方式,既提高了空間使用率和像素密集度,又符合人類視覺的特點。富士膠卷在其數(shù)碼相機上采用這一結(jié)構(gòu),獲得了優(yōu)良的圖像質(zhì)量。今年初公司推出了供數(shù)碼相機用的質(zhì)量更高的超級CCD蜂房傳感器,獨具橫向與縱向像素的混合功能,并有信號處理能力,使靈敏度達到ISO1600級。因此,該傳感器能以30fps速率攝錄VGA移動圖像,還能在各種場合包括暗處捕捉圖像。

采用FIT圖像傳感器的三洋公司,設(shè)計了CCD傳感器用芯片級封裝(CSP),是最早采用CSP的產(chǎn)品之一。它在2片玻璃板之間夾著CCD基片,并在后續(xù)級上備有信號處理LSI(大規(guī)模IC)。攝錄時鐘與輸出電路的功耗從5V降為2.8V,從而CCD圖像傳感器的功耗可與CMOS圖像傳感器相當(dāng)。公司正把這種CCD傳感器用到電池工作的移動電話中。公司還提供傳輸速度15fps以下5mW的單獨CCD傳感器樣品。

CMOS圖像傳感器

CMOS傳感器采用與存儲器及邏輯IC同樣的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝。傳統(tǒng)上,CMOS傳感器的靈敏度較低,在燈光暗淡場合轉(zhuǎn)發(fā)的圖像質(zhì)量不佳。因此,即使CMOS傳感器的靈敏度較低,且可運用單一電源,但在大批量產(chǎn)品中的應(yīng)用依然落在了CCD圖像傳感器的后面。

今天情況正在發(fā)生變化。CMOS圖像傳感器除了在移動終端及電子手持或圖像設(shè)備應(yīng)用時具有低功耗優(yōu)勢,之外,其靈敏度也取得了新的進展。移動電話極大的市場潛力,促使許多公司跨入CMOS圖像傳感器領(lǐng)域。夏普是首先進入的公司之一,它為日本移動服務(wù)提供商J-Phone開發(fā)了一種內(nèi)置照相機的移動電話機。該產(chǎn)品獲得巨大成功,為其他同類制造商鋪平了發(fā)展道路。

器件的圖像質(zhì)量通過工藝與電路技術(shù)進步而大獲改善,在照相機亮度方面的靈敏度尤有改進。東芝公司年初推出了一種VGA級傳感器TCM5063T和CIF傳感器TCM5073T,在黑暗處攝錄較之普通產(chǎn)品,其輸出電壓只及三分之一,靈敏度高一倍,照明亮度只要3勒克斯。它采用的是新開發(fā)的低漏泄電源光電二極管。

像CCD傳感器一樣,封裝技術(shù)是CMOS傳感器面臨的一大問題,問題在于如何縮小包括信號處理LSI在內(nèi)的照相機模塊尺寸。富士通公司為此開發(fā)成功一種CMOS傳感器模塊尺寸為7.80×6.98×4.98mm,體積0.27cc。這種單芯片產(chǎn)品采用了公司自己的凸點芯片載體(BCC-BumpChipCarrier)封裝,這是一種無引線模壓線鍵合的芯片規(guī)模封裝,采用樹脂凸點。不久,公司還將推出另一類傳感器模塊系列,采用更低漏泄電流的改進工藝技術(shù)。

圖像傳感器市場

隨著技術(shù)和應(yīng)用的迅速發(fā)展,中國臺灣、韓國、美國及其他地區(qū)的半導(dǎo)體制造商也開始進入CMOS圖像傳感器市場。中國臺灣和韓國公司都正加強其CMOS傳感器業(yè)務(wù)活動,臺灣的ICMedia公司已開發(fā)出了一種4勒克斯亮度模塊,并積極開拓移動電話、PDA、數(shù)碼相機及其它增長市場。韓國三星電子公司也把其CMOS傳感器業(yè)務(wù)看作支柱產(chǎn)品,正大力招徠日本移動電話制造商。與此同時,日本SeikoEpson公司則得到了Innotech公司關(guān)于閾值電壓調(diào)制圖像傳感器(VMIS-VoltageModulationImageSensor)的授權(quán)。VMIS是一種固體傳感器,它把CMOS工藝與相當(dāng)于CCD器件的圖像質(zhì)量結(jié)合一起,通過最有效地把光電二極管電荷轉(zhuǎn)換成電荷而達到優(yōu)質(zhì)圖像質(zhì)量。

過去大多數(shù)面型圖像傳感器(CCD都用作攝錄機、汽車監(jiān)視系統(tǒng)及其他自動檢測設(shè)備(即所謂“電眼”)。然而,當(dāng)90年代中期CasioComputer公司推出QV10數(shù)碼相機后,開辟了一個嶄新市場,圖像傳感器市場正隨著數(shù)碼相機工業(yè)的迅速增長而急劇擴大(參見圖2)。

許多業(yè)界人士預(yù)料,今年全球數(shù)碼相機市場即將突破2000萬臺,成為超過攝錄機的主要市場。

數(shù)碼相機技術(shù)經(jīng)過100萬像素的機型到200萬像素稍后達到了400萬像素,今天的機型更高達500萬像素,在理論上其圖像質(zhì)量已能與膠卷相機媲美。不過現(xiàn)在主流產(chǎn)品大多還是200萬像素左右的照相機。一些制造商正擴充機型,以求大量銷售;此外,一些開發(fā)商仍繼續(xù)在像素密度上努力。

數(shù)碼相機市場的特征是地區(qū)和主題的競爭,除EastmanKodak公司外,數(shù)碼相機的早期開發(fā)商和制造商大多為日本公司,它們的產(chǎn)品行銷全球。然而近來中國臺灣制造商也正全力搶入這一市場。

除了公司之間的競爭外,還有各種產(chǎn)品之間的競爭,眼下,CMOS圖像傳感器正在爭奪CCD早已確立的地位,這一走勢始于夏普推出的SH-04模塊。CMOS器件小巧省電,對移動式互聯(lián)網(wǎng)終端的開發(fā)商與制造商極具吸引力。

競爭的加劇,也迫使CCD制造商加緊了對產(chǎn)品的改進。一些著眼于移動電話市場的制造商正競相開發(fā)小型低功耗CCD照相機模塊,另一些則關(guān)注CCD傳感器的超級圖像質(zhì)量。三洋公司開發(fā)的超小型CCD照相機模塊,生產(chǎn)能力已達50萬塊,不久將上升到150萬塊。富士照相機膠卷公司開發(fā)的SuperCCDHoneycomb除供自己的數(shù)碼相機用外,還打算進入移動電話市場,前景可觀。

CahnersIn-statGroup的調(diào)查表明,2003年后,業(yè)界可望從內(nèi)置相機的移動電話大量上市而獲得豐厚的利潤。日本市場分析家認為,2003年帶內(nèi)置相機的移動電話將占全球市場的10[%],2004年將上升到占20[%]。

總之,數(shù)碼相機用圖像傳感器今年可望突破2000萬個,明年接近3000萬個,2004年將增加到了500萬個左右。移動電話用圖像傳感器發(fā)展最快,明年接近2000萬個,2004年可望達6000萬個。此外,2004年計算機照相機用圖像傳感器預(yù)計可達3500萬個,數(shù)字攝錄機用的1280萬個,PDA和手持計算機用的580萬個,汽車用的530萬個。

CMOS/CCD工作原理

無論是CCD還是CMOS，它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管（photodiode），該二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生輸出電流，而電流的強度則與光照的強度對應(yīng)。但在周邊組成上，CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二極管之外，包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元，感光二極管占據(jù)了絕大多數(shù)面積—換一種說法就是，CCD感光元件中的有效感光面積較大，在同等條件下可接收到較強的光信號，對應(yīng)的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構(gòu)成就比較復(fù)雜，除處于核心地位的感光二極管之外，它還包括放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，每個像點的構(gòu)成為一個感光二極管和三顆晶體管，而感光二極管占據(jù)的面積只是整個元件的一小部分，造成CMOS傳感器的開口率遠低于CCD（開口率：有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值）；這樣在接受同等光照及元件大小相同的情況下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信號就明顯小于CCD元件，靈敏度較低；體現(xiàn)在輸出結(jié)果上，就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內(nèi)容不如CCD傳感器來得豐富，圖像細節(jié)丟失情況嚴(yán)重且噪聲明顯，這也是早期CMOS傳感器只能用于低端場合的一大原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于，它的像素點密度無法做到媲美CCD的地步，因為隨著密度的提高，感光元件的比重面積將因此縮小，而CMOS開口率太低，有效感光區(qū)域小得可憐，圖像細節(jié)丟失情況會愈為嚴(yán)重。因此在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規(guī)?？偸歉哂谕瑫r期的CMOS傳感器，這也是CMOS長期以來都未能進入主流數(shù)碼相機市場的重要原因之一。

每個感光元件對應(yīng)圖像傳感器中的一個像點，由于感光元件只能感應(yīng)光的強度，無法捕獲色彩信息，因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。在這方面，不同的傳感器廠商有不同的解決方案，最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片，以1：2：1的構(gòu)成由四個像點構(gòu)成一個彩色像素（即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點，剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術(shù)則將其中的一個綠色濾光片換為翡翠綠色（英文Emerald，有些媒體稱為E通道），由此組成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一種技術(shù)方案，都要四個像點才能夠構(gòu)成一個彩色像素，這一點大家務(wù)必要預(yù)先明確。

在接受光照之后，感光元件產(chǎn)生對應(yīng)的電流，電流大小與光強對應(yīng)，因此感光元件直接輸出的電信號是模擬的。在CCD傳感器中，每一個感光元件都不對此作進一步的處理，而是將它直接輸出到下一個感光元件的存儲單元，結(jié)合該元件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件，依次類推，直到結(jié)合一個感光元件的信號才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號實在太微弱了，無法直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理—這項任務(wù)是由CCD傳感器中的放大器專門負責(zé)，經(jīng)放大器處理之后，每個像點的電信號強度都獲得同樣幅度的增大；但由于CCD本身無法將模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，因此還需要一個專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行處理，最終以二進制數(shù)字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。而對于CMOS傳感器，上述工作流程就完全不適用了。CMOS傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯，當(dāng)感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號之后，電信號首先被該感光元件中的放大器放大，然后直接轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字信號。換句話說，在CMOS傳感器中，每一個感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出，所得數(shù)字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發(fā)生在這里，CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件，無法保證每個像點的放大率都保持嚴(yán)格一致，致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無法代表拍攝物體的原貌—體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)果上，就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲，品質(zhì)明顯低于CCD傳感器。

CCD尺寸

說到CCD的尺寸，其實是說感光器件的面積大小，這里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面積越大，也即CCD/CMOS面積越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是數(shù)碼相機用來感光成像的部件，相當(dāng)于光學(xué)傳統(tǒng)相機中的膠卷。

CCD上感光組件的表面具有儲存電荷的能力，并以矩陣的方式排列。當(dāng)其表面感受到光線時，會將電荷反應(yīng)在組件上，整個CCD上的所有感光組件所產(chǎn)生的信號，就構(gòu)成了一個完整的畫面。

如果分解CCD，你會發(fā)現(xiàn)CCD的結(jié)構(gòu)為三層，層是“微型鏡頭”，第二層是“分色濾色片”以及第三層“感光層”。

層“微型鏡頭”

我們知道，數(shù)碼相機成像的關(guān)鍵是在于其感光層，為了擴展CCD的采光率，必須擴展單一像素的受光面積。但是提高采光率的辦法也容易使畫質(zhì)下降。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。

第二層是“分色濾色片”

CCD的第二層是“分色濾色片”，目前有兩種分色方式，一是RGB原色分色法，另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點。首先，我們先了解一下兩種分色法的概念，RGB即三原色分色法，幾乎所有人類眼鏡可以識別的顏色，都可以通過紅、綠和藍來組成，而RGB三個字母分別就是Red,Green和Blue，這說明RGB分色法是通過這三個通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再說CMYK，這是由四個通道的顏色配合而成，他們分別是青（C）、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)。在印刷業(yè)中，CMYK更為適用，但其調(diào)節(jié)出來的顏色不及RGB的多。

原色CCD的優(yōu)勢在于畫質(zhì)銳利，色彩真實，但缺點則是噪聲問題。因此，大家可以注意，一般采用原色CCD的數(shù)碼相機，在ISO感光度上多半不會超過400。相對的，補色CCD多了一個Y黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細，但卻犧牲了部分影像的分辨率，而在ISO值上，補色CCD可以容忍較高的感光度，一般都可設(shè)定在800以上

第三層：感光層

CCD的第三層是“感光片”，這層主要是負責(zé)將穿過濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號，并將信號傳送到影像處理芯片，將影像還原。

傳統(tǒng)的照相機膠卷尺寸為35mm，35mm為膠卷的寬度（包括齒孔部分），35mm膠卷的感光面積為36x24mm。換算到數(shù)碼相機，對角長度約接近35mm的，CCD/CMOS尺寸越大。在單反數(shù)碼相機中，很多都擁有接近35mm的CCD/CMOS尺寸，例如尼康德D100，CCD/CMOS尺寸面積達到23.7x15.6，比起消費級數(shù)碼相機要大很多，而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸為36x24mm，達到了35mm的面積，所以成像也相對較好。

現(xiàn)在市面上的消費級數(shù)碼相機主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四種。CCD/CMOS尺寸越大，感光面積越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300萬像素相機效果通常好于1/2.7英寸的400萬像素相機(后者的感光面積只有前者的55[%])。而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，但這也會導(dǎo)致單個像素的感光面積縮小，有曝光不足的可能。但如果在增加CCD/CMOS像素的同時想維持現(xiàn)有的圖像質(zhì)量，就必須在至少維持單個像素面積不減小的基礎(chǔ)上增大CCD/CMOS的總面積。目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比較困難，成本也非常高。因此，CCD/CMOS尺寸較大的數(shù)碼相機，價格也較高。感光器件的大小直接影響數(shù)碼相機的體積重量。超薄、超輕的數(shù)碼相機一般CCD/CMOS尺寸也小，而越的數(shù)碼相機，CCD/CMOS尺寸也越大。

新型CMOS原理及設(shè)計

金屬氧化物半導(dǎo)體元件(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，CMOS)圖像傳感器和電荷耦合元件(ChargeCoupledDevice，CCD)攝像器件在20年前幾乎是同時起步的。CCD是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中。

由于CCD器件有光照靈敏度高、噪音低、像素小等優(yōu)點，所以在過去15年里它一直主宰著圖像傳感器市場。與之相反，CMOS圖像傳感器過去存在著像素大，信噪比小，分辨率低這些缺點，一直無法和CCD技術(shù)抗衡。但是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，過去CMOS圖像傳感器制造工藝中不易解決的技術(shù)難關(guān)現(xiàn)已都能找到相應(yīng)解決的途徑，從而大大改善了CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。

1CMOS有源像素傳感器

近來CMOS圖像傳感器受到重視首要原因在于過去大大低于CCD的靈敏度問題逐步得到解決。因為與CCD相比，CMOS傳感器具有更好的量產(chǎn)性，而且容易實現(xiàn)包括其他邏輯電路在內(nèi)的SoC(SystemonChip)產(chǎn)品，而這在CCD中卻很難實現(xiàn)。尤其是CMoS傳感器不像CCD那樣需要特殊的制造工藝，因此可直接使用面向DRAM等大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備。這樣一來，CMOS圖像傳感器就有可能形成完全不同于CCD圖像傳感器的成本結(jié)構(gòu)。

圖1示出了有源像素CMOS圖像傳感器(ActivePixelSensor，APS)的功能結(jié)構(gòu)圖，其中成像部分為光敏二極管陣列(PhotoDiodeArray)。

四場效應(yīng)管(4T)有源像素CMOS圖像傳感器的每個像素由光敏二極管、復(fù)位管T2、轉(zhuǎn)移管T1、源跟隨器T3和行選通開關(guān)管T4組成，如圖2所示。

轉(zhuǎn)移管T1被用來將光敏二極管連接至源跟隨器T3，并通過復(fù)位管T2與VDD相連。T3的柵極與T1和T2之間的N+擴散區(qū)相連。與3T結(jié)構(gòu)的APS相比，減少了與T3的柵極相關(guān)的漏電流效應(yīng)。源跟隨器T3的作用是實現(xiàn)對信號的放大和緩沖，改善APS的噪聲問題。T4是用來將信號與列總線相連。其工作過程是：首先進入“復(fù)位狀態(tài)”，T2打開，對光敏二極管復(fù)位；然后進入“取樣狀態(tài)”，T2關(guān)閉，光照射到光敏二極管上產(chǎn)生光生載流子，并通過源跟隨器T3放大輸出；進入“讀出狀態(tài)”，這時行選通管T4打開，信號通過列總線輸出。

APS具有低讀出噪聲和高讀出速率等優(yōu)點，但像素單元結(jié)構(gòu)復(fù)雜，填充系數(shù)降低，填充系數(shù)一般只有20％～30％。為了提高像素的填充系數(shù)，APS在像素的上方設(shè)置了微透鏡(Micro-lenses)，如圖3所示。

由APS陣列所獲得的圖像信息，經(jīng)過圖1中列模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ColumnADC)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，再經(jīng)過一系列的后續(xù)處理過程，得到輸出如圖4所示的幀圖像數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

2圖像的預(yù)處理過程及方法

為了得到良好的圖像質(zhì)量，需要對所采集的原始圖像數(shù)據(jù)進行處理。一般上，圖像的預(yù)處理是在協(xié)處理器中完成的。最近，隨著SoC技術(shù)的發(fā)展，可以在CMOS傳感器中集成圖像預(yù)處理功能．這正顯示了CMOS圖像傳感器的優(yōu)勢所在。

圖像的預(yù)處理主要包括了缺陷修正、去除FPN噪聲、色彩差值，圖像銳化差值、光圈修正、Gamma修正等一系列處理。

通過數(shù)字圖像處理算法來實現(xiàn)來實現(xiàn)上述的圖像預(yù)處理過程，其硬件平臺可以是集成在SoC中的圖像處理電路、ASIC圖像處理芯片，或通用的DSP芯片。首先是消除圖像中的缺陷，如果某一個像素中有缺陷，而導(dǎo)致了其輸出電平被鉗位于高電乎(黑點)或低電平(白點)，就需要通過圖像處理來進行彌補。通常是使用其周圍相同顏色像素的平均值來代替該像素的輸出值。

通常情況下，不同列的列模／數(shù)轉(zhuǎn)換器存在著差異，這就導(dǎo)致了固定模式噪聲(fixedPatternNoise，F(xiàn)PN)的產(chǎn)生。圖4中BlackLines中的數(shù)據(jù)就是用來消除FPN的。協(xié)處理器會利用這一部分數(shù)據(jù)來達到消除FPN的目的。

由于每個像素上為某種彩色濾光片，所以要通過色彩差值來得到其余兩種色彩信息。Gamma修正是為了消除在電學(xué)器件和光學(xué)器件之間在信號傳輸上的非線性效應(yīng)。

從以上的圖像處理過程可知，許多算法中使用了差值，這就導(dǎo)致了圖像的平滑化，而為了恢復(fù)銳利的圖像，就需要進行光圈修正。在圖像處理中，通過邊緣檢測而得到的銳化邊緣對差值后的平滑圖像進行卷積，從而得到銳利的圖像。

3結(jié)語

為了提高CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量，通過對圖像主要的噪聲源以及圖像失真的分析，本文提出了一種新型的CMOS有源像素圖像傳感器。該CMOS圖像傳感器使用4T有源像素，大大提高了圖像傳感器的靈敏度。通過在傳感器中集成圖像預(yù)處理功能，對改善圖像的質(zhì)量起到了很好的效果。