CMOS图像传感器
高分辨率的固态成像器件，主要负责耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器，的到来，预示着一个光学显微镜的新时代，威胁到Eclipse的传统形象，如电影的录音技术，视频管，光电倍增管。电荷耦合器件摄像机专门设计的显微镜应用系统提供了众多的原始设备和售后市场的制造商，CMOS成像传感器现在已经成为几显微镜。
这两种技术被开发初期和20世纪70年代末之间，但CMOS传感器不可接受的性能，被普遍忽视或认为只是好奇心，直到20世纪90年代初。到那个时候，CMOS设计的进步产生更小的像素尺寸，降低噪音，更强大的图像处理算法，和更大的成像阵列芯片。在CMOS传感器享有的主要优点是其低功耗，主时钟和单电压供电的CCD，往往需要5个或更多不同的时钟速度显着更高的功耗电源电压不同，。 CMOS和CCD芯片，通过类似的机制，通过利用光电效应，它发生时，光子晶体??硅互动，以促进从价带进入导带的电子，光感。需要注意的是长期的“CMOS”指的是图像传感器的制造，而不是一种特殊成像技术的过程。
当广泛的可见光波段是专门掺杂的硅半导体材料的事件，一个可变数目的电子被释放到一个光电二极管表面的光子通量密度事件的比例。生产的电子数量的影响，是一种波长的功能和醒目的半导体的光的强度。电子被收集在势阱，直到一体化（照明）期间完成，而他们要么转换成电压（CMOS处理器）或转移到计量寄存器（CCD传感器）。测得的电压或充电（转换后的电压），然后通过模拟数字转换器，从而形成了数字电子传感器成像场景表示。
光电二极管，通常被称为一个像素，是一个数字图像传感器的关键要素。灵敏度的Zui高收费可以由光电二极管的积累相结合，再加上事件的光子到电子的转换效率和设备的能力，累积在密闭的区域无泄漏或外溢的负责，是由。这些因素通常是由光电二极管的物理尺寸和光圈，其空间和电子到数组中的邻国元素之间的关系。另一个重要因素是充电电压转换比，它决定如何有效地集成电荷转换成电压信号，可以衡量和处理。光电二极管是典型的有组织的正交网格的范围可以从128 × 128像素（16万像素）大小，以一种较为常见的1280 × 1024（超过100万像素）。一些Zui新的CMOS图像传感器，如高清晰度电视（HDTV）设计的，包含几百万像素，组织成超过2000万像素的非常大的数组。撰写每一行和每一列数组中的每个像素的信号，必须准确地检测和测量（读出），以组装光电二极管的电荷积累的数据图像。
在光学显微镜，客观收集的光线聚焦投射到传感器表面的一个镜头包含了相同的光电二极管，称为图片元素或像素的二维数组。因此，数组的大小和像素尺寸，确定传感器的空间分辨率。 CMOS和CCD集成电路本质上是单色（黑白）设备，只响应光电二极管积累的电子的总数，而不是光引起的硅衬底释放他们的颜色。颜色是通过检测穿过的红色，绿色和蓝色的过滤器的顺序系列的入射光，或与微型透明的聚合物薄膜过滤器，存放在一个镶嵌在像素阵列模式。
解剖的CMOS光电二极管
，享受超过其CCD的CMOS图像传感器的一个主要优势是整合能力，处理和控制功能，以后的光子收集的首要任务，直接到传感器集成电路，。这些功能一般包括时序逻辑，曝光控制，模拟到数字的转换，快门，白平衡，增益调整，并初步图像处理算法。为了执行所有这些功能，CMOS集成电路结构更接近于一个随机存取记忆体细胞，而不是一个简单的光电二极管阵列。Zui流行的CMOS有源像素传感器（APS）技术纳入到每个像素的光电二极管和读出放大器的设计都是围绕着。这可以被转换成一个像素内放大电压，然后在连续的行和列的模拟信号处理芯片的部分转移到光电二极管所积累的电荷。
因此，每一个像素（或成像元件）包含，除了一个光电二极管，晶体管，积累了电子电荷转换成一个可测量的电压，复位光电二极管黑社会，垂直列客车和转让的电压。结果数组是一个有组织棋盘包含一个光电二极管和相关的信号准备电路在每个路口的金属读数总线。这些总线时序信号的光电二极管和返回读出的信息回安置从光电二极管阵列的模拟解码和处理电路。这种设计可以在阵列信号要与简单的X，Y寻址技术，这是不符合当前的CCD技术可能阅读，从每个像素。
一个典型的CMOS图像传感器的结构图1为一个集成的电路芯片，其中包含一个活动图像面积640 × 480像素。光电二极管阵列，在位于芯片的核心面积大的红褐色，是银装一个有序的一层薄薄的红，绿，蓝染聚合物过滤器，每个大小以适应个人的光电二极管（在类似的方式该技术利用彩色的CCD）。为了入射光集中到光电二极管的电子集水井，过滤光电二极管也设下的一个缩影正弯月透镜，微透镜，光栅，阵列（参见图2，3和4）。在图1中的插图显示的过滤器和微透镜阵列的高倍镜视野。还包括集成的电路如图1所示的模拟信号处理电路，收集和解释由光电二极管阵列产生的信号。然后，这些信号发送到模拟到数字的转换电路，毗邻光电二极管阵列芯片的上半部分（如图1所示）。在CMOS图像传感器所执行的其他职责逐步电荷产生的时钟时序，电压的收集，传输，和测量工作，以及图像处理和输出的积累信号。
仔细观察，在光电二极管阵列的红色，绿色和蓝色的过滤器后，柯达工程师布莱斯E.拜耳命名的马赛克图案安排顺序格局。这彩色滤波器阵列（拜耳过滤模式）是用来捕捉从宽带事故照明来自光学镜头系统的色彩信息。该过滤器是安排在下令四方连续的行（图2（a）和图2（b）），替代是红色和绿色或蓝色和绿色过滤器（图2（a）条）。图2是一个典型的Bayer滤波器阵列和潜在的光电二极管的高清晰度光学显微镜拍摄的数字图像。图2（a）说明了交替筛选行。每个红色过滤器四周是由四个绿色和四个蓝色的过滤器，而每一个蓝色的过滤器是由四个红色的和4个绿色过滤器的包围。与此相反，每一个绿色过滤器四周由红，四绿，和两个蓝色的过滤器。图2（b）中提出的基本重复单元的一个高放大倍率的图像，并包含一个红色，一个蓝色和两个绿色过滤器，使总数等于阵列中的红色和蓝色的过滤器数量的绿色过滤器相结合。根据绿色过滤器放在重是由于人类的视觉反应，在可见光谱的波长550纳米（绿色）地区达到Zui高的灵敏度。
此外，在图2（b）所示的微透镜阵列（也称为lenslets）存入光刻拜耳过滤器表面上，并对齐，使每个镜头覆盖在一个单独的过滤器的一小部分。微型镜片的形状接近一个凸弯月透镜和服务直接入射光集中到光电二极管的感光面积。下方拜耳过滤器和微透镜阵列的光电二极管本身，这是在图2（c）所示为四个完整的光电二极管集会或像素单位。图2中的一个光电二极管（三）确定白色大框（上右上角），还包含一个较小的范围内较大的网格的矩形框。白框的字母P和T，这是指的光子收集（感光），并支持像素的晶体管领域，分别确定。
由于是显而易见的，从检查图2中的光电二极管元素（C），像素（约70％在这个例子中）的大多数领域，致力于支持晶体管放大器，复位和行选择，这是相对不透明可见光的光子，并不能利用光子探测。其余30％（较小的白色方块标记在图2（c）P）代表像素的感光部分。因为这样的光电二极管的一小部分，实际上是能够吸收光子产生电荷，填充因子或光圈的CMOS芯片，并在图1，图2所示的光电二极管，和3个代表只有30％的光电二极管阵列的总表面积。其后果是在敏感的重大损失和信号与噪声的比例相应减少，导致有限的动态范围。填充因子的比率有所不同，从设备到设备，但在一般情况下，他们在CMOS传感器的像素面积从30到80％。
减少填充因子问题复杂化，吸收光子的波长依赖性质，正确的术语称为CMOS和CCD图像传感器的量子效率。三个主要的机制运作阻碍感光面积的光子收集的吸收，反射和传输。如上所述，光电二极管的面积超过70％可能被屏蔽晶体管堆叠或交错的金属条公交线路，这是光学不透明，吸收或反射的光子与结构碰撞事件的大部分。这些金属的堆积层，也可导致不良后果，如晕影，像素串扰，光散射和衍射。
入射光的反射和传输波长的函数，与被反射的波长较短（低于400纳米）的高比例，虽然这些损失可以（在某些情况下）扩展到可见光区域。许多CMOS传感器有一个黄色的聚酰亚胺涂层在制造过程中，吸收了显着的蓝色光谱部分之前，这些光子可以到达光电二极管地区中的应用。减少或尽量减少使用的多晶硅，聚酰亚胺（或聚酰胺）层，主要关注的是这些图像传感器的量子效率优化。
在Zui初的几微米的感光区域被吸收波长较短，但逐步波长更长的向下钻取到更深入之前被完全吸收。此外，Zui长的（超过650纳米）可见光波长往往通过感光区域，没有被抓获（或产生电荷），领先的光子损失的另一个来源。虽然微透镜阵列的应用，有助于集中和引导到感光地区传入光子，并可以双光电二极管灵敏度，这些微小的元素也表现出波长和入射角为基础的选择性。
图3中，是一个立体的剖绘图的一个典型的CMOS有源传感器，说明像素的感光面积（光电二极管），总线，微透镜，拜耳过滤器，和三个支持晶体管。如上所述，每一个CMOS图像传感器的APS元素包含一个放大器的晶体管，它代表的是什么一般称为源极跟随器（源跟随外部像素中的所有像素的共同负载的输入设备列）。源极跟随器是一个简单的的放大器转换成电压输出到列总线由光电二极管产生的电子（收费）。此外，像素还设有一个复位晶体管控制集成或光子的时间积累，和行选择晶体管，像素输出读数列总线连接。在特定列中的所有像素都连接到一个感测放大器。
在操作中，对图像采集的第一步是初始化复位晶体管，以便排水从感光区域和反向偏置的光电二极管的电荷。接下来，整合期的开始，和光与像素的光电二极管地区相互作用产生的电子，趴在表面之下（见图3）存储在硅潜力。整合期结束后，当行选择晶体管切换，在选定的像素其负载，形成一个源极跟随连接放大器的晶体管。在光电二极管的电子电荷，从而转换成电压源跟随操作。出现列总线上产生的电压，并可以通过检测放大器检测。然后重复这个周期是读出以产生图像传感器的每一行。
三个像素的APS设计的主要缺点之一是被称为固定模式噪声（FPN）的工件相对较高的水平。在放大器的晶体管的增益和偏移的变化，CMOS技术在制造过程中的波动，这是一个根本的问题，产生在整个阵列的晶体管的输出性能不匹配。结果是噪音模式拍摄的图像明显，这一点是恒定的和可重复性从一个图像到另一个。在大多数情况下，可以显着降低固定模式噪声，或由位于阵列外围或黑暗的影像电子减法（平场校正）的模拟信号处理电路的设计调整淘汰。
马赛克滤波器阵列和图像重建
拜耳过滤器镶嵌阵列的不均衡性，两次，有蓝色或红色的许多绿色过滤器，也将出现，目前与单个像素精确的色彩再现方面的问题。典型的传输拜耳过滤器的建设中使用的常见染料的光谱分布图4。红色的过滤器的量子效率显着高于绿色和蓝色的过滤器，这是在整体效率接近对方。注意过滤器之间的光谱重叠度比较大，特别是在520至620纳米（绿色，黄色，橙色）地区。
一个问题往往是从光电二极管阵列分为拜耳过滤模式的基本要素的像素的色彩再现和空间分辨率的确切性质。像素尺寸为640 × 480像素的光电二极管阵列，共包含了307,200像素，产量76800拜耳四重奏。这是否意味着，实际有用的图像空间分辨率降低到320 × 240像素？幸运的是，空间分辨率主要取决于彩色图像亮度分量和色度（彩色）组件。出现这种情况，因为人的大脑使而粗的彩色信息被添加到精细空间信息，并集成了两个几乎无缝。此外，拜耳过滤器与大区域的重叠，这使得光谱从其他地区的空间信息，通过过滤器，每种颜色呈现相当程度的空间信息的广泛的波长传输带（见图4）。
例如，考虑一个对象，它反映的CMOS数码相机的镜头系统的黄灯（在585纳米中心）的显着。通过检查Bayer滤波器的透射光谱图4，这是明显的，红色和绿色过滤器，在这个波长区域的光传输相同的数额。此外，蓝色的过滤器也可以通过其它过滤器的波长传输大约20％。因此，拜耳在每一个四方的四个过滤器通过黄灯等量，而第四个过滤器（蓝色）本光传输。与此相反，低波长的蓝灯（435纳米;见图4）传递，只有通过蓝色的过滤器的任何显着的程度，减少敏感性和光组成，主要集中在这一地区的可见光谱图像的空间分辨率。
已经从一个彩色滤光片的Bayer模式覆盖一个CMOS光电二极管阵列获得的原始图像后，它必须被转换成标准的红，绿，蓝（RGB）格式，通过插值方法。这重要的一步是必要的，才能产生一个图像，准确地代表由电子传感器成像场景。各种复杂和完善的图像处理算法，可用来执行这项任务（直接在图像采集后的集成电路），包括Zui近的邻居，线性，立方，三次样条技术。为了确定正确的颜色，数组中的每个像素产生的算法选定的相邻像素的平均颜色值和数组中的每个像素的色彩（色度）和强度（亮度）的估计。在图5（a）是主办的原始Bayer格式图像，通过插值重建，并在图5（b），相关调整后的版本的线性插值算法处理后得到的结果。
如何色彩插值功能的一个例子，考虑一个嵌套在Bayer滤波器阵列的中部地区的绿色像素。像素是由两个蓝色，两个红色，4个绿色像素，这是其直接的近邻包围。插值算法产生研究邻近的红色和蓝色像素的色度和光度值，绿色像素的红色和蓝色的值估计。重复同样的程序是数组中的每个像素。这种技术生产的优异成绩，通过大量的像素图像的颜色变化缓慢，但也可以患的文物，如锯齿，边缘和边界地区发生大型彩色和/或强度转换。
为了提高量子效率和光谱响应，几个CMOS设计师正转向使用基于小学减色色彩的彩色滤镜阵列：青色，黄色和洋红色（CMY），而不是标准的添加剂初选红色，绿色，和蓝（RGB）上面进行了讨论。在使用CMY滤波器阵列的优点是增加了在通过过滤器的改进光传输的灵敏度，和更强的信号。出现这种情况，因为消减滤波器染料显示相应的添加剂过滤器相比，减少了在可见光区域的光波吸收。在红，绿，蓝过滤器，这是两个或两个以上的生产添加剂的吸收层复合材料相比，CMY过滤器适用于在一个层，具有优越的光传输特性。的CMY过滤器的缺点是一个较为复杂的色彩校正矩阵转换成CMY是必要的，以便打印或显示在计算机显示器上的图像的RGB值从传感器收集到的数据需要。这些算法在色彩转换生产额外的噪声，但提高灵敏度与CMY滤波器阵列获得的结果往往可以抵消在图像处理过程中遇到的问题。
噪声的来源和补救措施
CMOS图像传感器的一个重大问题是噪声的高度，检查这些设备所产生的图像时，变得显而易见。旁边的图像阵列，大大挫伤了很多噪声源，并显着提高CMOS性能的信号处理电路的仔细集成在传感器技术的进步使。然而，其他类型的噪声常常困扰着设计者和Zui终用户。如上所述，固定模式噪声实际上已经消除了CMOS收购后现代信号处理技术，但其他形式，如光子散粒噪声，暗电流，复位噪声，热噪声，是不那么容易处理。
在初始化或复位由复位晶体管的组成部分，被称为KTC（或复位）噪声，噪声大，光电二极管产生的，是难以去除没有增强的电路设计。缩写k是玻尔兹曼常数，而T是工作温度和C是出现在放大器的晶体管的输入节点和组成，由光电二极管电容的总和和晶体管放大器的输入电容的总电容。复位噪声严重限制了图像传感器的信号信噪比。复位和其他噪声源，通常被称为放大器或1 / f的低频噪声，可控制的技术，称为相关双采样（CDS），必须加入第四个“测量”（或转让实施）晶体管的每一个像素。双采样单独的复位或放大器的噪声测量，并再减去结合的图像信号加复位噪声的算法功能。
光子散粒噪声的随机模式拍摄的图像，这是因为发生在输出信号的光照量的统计波动的时空变化是显而易见的。数组中的每个光电二极管产生的光子散粒噪声，在极端严重影响CMOS图像传感器的性能水平略有不同。这种类型的噪声信号远低于传感器的固有噪声地板发出的噪音的主要来源，而且是在每一个图像传感器，包括CCD的中。暗电流所产生的工件产生的信号电荷（电子）在照明的情况下，可以从像素到像素表现出显着的波动程度，这是严重依赖根据经营状况。这种类型的噪声温度敏感，并可以通过冷却的图像传感器，或通过一个附加的帧存储，这是摆在随机存取记忆体，从拍摄的图像中减去删除。
暗电流几乎是不可能的，以消除的，但可以通过固定的光电二极管技术在利用CMOS传感器制造减少。要创建一个固定的光电二极管像素，浅水层的P型硅应用到一个典型的N阱的感光区域的表面产生一个双结三明治改变像素的可见光光谱响应。表面的交界处，是优化为应对低波长（蓝色），而更深层次的交界处更敏感，在较长的波长（红光和红外线）。因此，潜在的收集电子只限于N区附近，离表面，从而导致减少的暗电流和其相关的噪音元素。在实践中，它可能很难构建一个固定的光电二极管像素在低电压的CMOS传感器的经营环境下，产生了完全复位。如果没有实现，是一个完整的复位条件滞后可以引入到数组与复位晶体管的噪声也相应增加。固定的光电二极管技术的另一好处是改进的P -硅层界面附近的短波可见光辐射的增强型捕捉蓝色响应。
负责诱导热噪声CMOS图像传感器像素的感光领域中交织在一起的晶体管，电容器，和公共汽车。这种类型的噪音可降低微调成像带宽，增加输出电流，或冷却的摄像系统。在许多情况下，CMOS像素读出序列可以利用，以减少热噪声，通过限制每个晶体管放大器的带宽。添加复杂和昂贵的珀尔帖或类似的冷却设备，以低成本的CMOS图像传感器，这是不实际的，因此这些设备一般都没有就业，以降低噪声。
CMOS的像素架构
有两个基本的感光像素元素在现代CMOS图像传感器使用的架构：光电二极管和photogates（见图6）。在一般情况下，光电二极管的设计更敏感的可见光，特别是在短波（蓝色）的频谱区域。 Photogate设备通常有较大的像素面积，但较低的填充因子和穷得多的蓝色光线的反应比光电二极管（一般的量子效率）。然而，photogates往往达不到更高的充电电压转换增益水平和可以很容易被利用来执行相关双采样来实现帧的差异。
Photogate有源像素传感器采用CCD技术，以降低噪声和提高的CMOS图像传感器拍摄的图像质量的几个方面。下photogate在集成过程中积累的电荷本地化访问晶体管控制的潜力。在读出过程中，支持的像素电路执行的充电分两个阶段转移到输出总线（电压）。第一步发生转换成可测量的电压放大器晶体管的电荷积累。接下来，传输门是脉冲启动从感光面积的电荷传输到输出晶体管，然后通过列总线。这种传输技术使两个信号的采样，可以通过利用高效的设计，以提高降噪的机会。像素输出光电二极管复位后第一次采样，并再次积分后的信号电荷。从第二减去第一信号，以消除低频复位噪声，photogate有源像素结构可以执行相关双采样。
一个photogate设计的主要好处是降低噪音的功能，在光线较暗的水平，作业时相比，光电二极管传感器。光电二极管的CMOS传感器，用于中级性能的消费类应用，不要求高度精确的图像，具有低噪音，卓越的动态范围，颜色特征和高度解决。两款器件充分利用经济力量，可以满意的电池，低电压电源，计算机接口（USB和FireWire）或其他直流电源的要求。通常情况下，要求的CMOS处理器的电压范围从3.3伏和5.0伏，但新的设计迁移到减少一半的值。
CMOS图像传感器的操作顺序
在大多数CMOS光电二极管阵列设计，活跃的像素面积是安排在8至12行和列，这是在黑电平补偿利用光屏蔽的像素，地区包围。拜耳（或CMY）滤波器阵列开始，在第一个非屏蔽行和列的左上角像素。每个积分周期开始时，所有在同一行的像素将被重置由主板上的定时和控制电路，一次一行，遍历从第一到Zui后一行行地址编目登记（见图7）。相同的控制电路与模拟量输出的传感器，当整合已经完成设备，将每个像素的综合价值转移到一个相关双采样电路（CDS图7块），然后水平移位寄存器。已经加载移位寄存器后，将串行移位的像素信息（每次一个像素）的模拟视频放大器。这种放大器的增益控制可以通过硬件或软件（在某些情况下，两者的结合）。相比之下，CMOS图像传感器，数字读数采用每列的模拟数字转换器，和一排的每个像素转换同步进行。然后采用数字总线宽度等于转换完成的数位输出数据。在这种情况下，只有数字值是“串行”转移。白平衡算法，往往在这个阶段的像素。
像素信息后的增益和偏移值设置在视频放大器（图7中标记的视频放大器），然后传递到模拟到数字转换器，它是二进制数成线性数字阵列呈现。随后，数字像素数据进一步处理，以消除缺陷发生在“坏”的像素和黑色层次，以弥补之前被诬陷和数字输出端口。黑电平补偿算法（通常称为帧速率钳）减去平均信号电平的黑色像素周围的数字视频输出的阵列，以补偿温度和时间依赖性的有源像素阵列的暗噪声水平。
序列中的下一个步骤是图像复原（见图7），并准备Zui终图像显示的编码所必需的基本算法的应用程序。Zui近邻插值的像素，然后过滤与反走样算法和缩放。复苏的引擎更多的图像处理步骤通常包括抗晕影，空间失真校正，白色和黑色平衡，平滑，锐化，色彩平衡，光圈校正，伽玛调整。在某些情况下，CMOS图像传感器配备，使片上功能，如抗抖动（图像稳定）和图像压缩的辅助电路。当形象已经得到充分的处理，它被送到一个缓冲输出端口的数字信号处理器。
由于CMOS图像传感器，能够访问整个光电二极管阵列的单个像素数据，他们可以利用选择性地阅读和处理具体的形象拍摄的像素只有选定部分。这种技术被称为作为窗口（或窗口的利益读数），并大幅扩大与这些传感器的图像处理的可能性。窗口是直接控制芯片上通过的时间和控制电路，使任意大小的窗口，在活跃的地区要访问数组内的任何位置，一到一个像素分辨率显示。此功能是非常有用的，当时间的议案跟踪对象的一个??次区域的形象是必要的。它也可以被雇用的选定部分或整个图像芯片上的电子平移，缩放，读出速度加快，和倾斜操作控制。
大多数高端CMOS传感器功能几个读出模式（类似那些受雇于CCD传感器），以增加在软件编程和模板接口的多功能性。逐行扫描读数模式使光电二极管阵列内的每一个像素，每行中的连续访问（一次一个像素），与上层的左上角开始，发展到较低的右上角。另一种流行的读数模式被称为隔行扫描，并通过读像素数据，在连续两个领域，一个奇数场，偶数场。该领域在阵列顶部至底部的行交替，每个组行记录顺序读取下一组之前。作为一个例子，在一个有40像素的行，第一，第三，第五和下来到第39行的传感器读第一，第二，第四，第六位，下降到第40行。
在CMOS图像传感器的电子快门需要每个像素的另外一个或更多的晶体管，有点不切实际的做法，考虑在大多数设备已经损害填补因素。这是大部分地区扫描图像传感器的情况下。但是，行扫描传感器已被开发，快门晶体管放在相邻像素的活动区域，以减少填充因子负荷。很多设计师已经实施了非均匀的卷帘的解决方案，公开利用在不同的时间间隔至少在像素内的晶体管阵列的顺序行。虽然卷帘机制的运作以及静止图像，就可以产生运动模糊，导致失真的图像在高帧频。为了解决这个问题，工程师们制作了统一的同步的快门设计，在一次公开整个阵列。由于这种技术需要额外的晶体管在每个像素中，有一些妥协，除非同时实现更大的像素填充因子比率。
动态范围的CMOS图像传感器是由传感器读出噪声的所有组成部分的总和（本底噪声），包括在一个特定的整合所产生的瞬时噪声源分为光电二极管（充电容量）累计信号电子的Zui大数量由时间。所有暗噪声源，如暗电流噪声，以及像素读出噪音，并从信号路径（而不是光子散粒噪声），所产生的瞬时噪声的贡献，是包括在这个计算中。本底噪声限制在图像的黑暗区域的图像质量，由于暗电流的散粒噪声与曝光时间的增加。影响，因此，动态范围是Zui大的检测信号，以Zui小的同时检测信号（本底噪声）的比例。经常报道的动态范围是在灰度级，分贝或位，电子信号的噪声，产生更大的动态范围值（分贝或位）的比例较高。请注意，动态范围是由传感器的信号噪声的特点，而位深度是一个模拟数字转换器（S）在传感器的功能。因此，一个12位数字转换，相当于4000级灰度或略超过72分贝，而10位数字化，可以解决1000级灰度，一个适当的位深度为60分贝的动态范围。由于传感器的动态范围增加，能够同时记录图像（intrascene动态范围）的Zui暗和Zui亮的强度有所改善，作为探测器的定量测量能力。 interscene动态范围代表频谱探测器增益，积分时间，镜头的光圈，和其他变量为不同领域的观点调整时，可容纳的强度。
CMOS图像传感器的Zui通用的功能之一是他们的能力非常高帧频捕捉图像。这使得通过软件控制接口失效时间序列和实时视频录制。 30至60帧每秒的价格是常见的，而几个高速成像器，可以实现加速率超过??1000。额外的支持电路，包括协处理器和外部随机存取记忆体是必要的，以生产相机系统，可以利用这些特性的优势。
结论
成立于大批量晶圆工厂还生产相关的芯片，如微处理器，存储器电路，微控制器，数字信号处理器以及标准硅工艺制造，CMOS图像传感器。巨大的优势是，数字逻辑电路，时钟驱动器，计数器，模拟到数字转换器，可放置在同一硅的基础，同时在光电二极管阵列。这使得CMOS传感器工艺的缩小，移动到更小的线宽Zui小的重新设计，在其他集成电路类似的方式，参与。即便如此，为了保证高性能低噪声设备，标准的CMOS制造过程中必须经常被修改，以适应图像传感器。例如，标准的CMOS技术，创建逻辑芯片的晶体管路口，可能会产生高的暗电流和低蓝色反应时，适用于成像设备。图像传感器优化过程中经常涉及的权衡，呈现常见的CMOS器件制造的情况下不可靠。
像素尺寸不断缩小在过去的几年中，从10-20微米的巨人统治20世纪90年代中期器件的像素，在6-8微米的传感器，目前涌入市场。一个微型电子成像设备，如监视和电话相机，更大的需求促使设计师的像素大小，甚至进一步下降。 4-5微米像素的图像传感器是利用阵列较小的设备，但需要多万像素的芯片将在3至4微米范围内的像素大小。为了达到这些尺寸，CMOS图像传感器必须生产0.25微米或更窄的条生产线。通过采用较窄的线宽，更多的晶体管，可以装进每个像素的元素，同时保持可接受的填充因子，提供缩放比例因素的统一方法。 0.13至0.25微米的制造线，先进的技术，如像素的模拟 - 数字转换器，全彩色处理，接口逻辑，以及其他相关的复杂的电路调整，增加的灵活性和动态范围CMOS传感器应成为可能。
虽然许多CMOS制造工厂缺乏加入彩色滤光片和微透镜阵列的工艺步骤，这些步骤都是正越来越多地实施了图像传感器的生产随着市场需求的增长。此外，光学封装技术，这是关键的成像设备，需要干净的房间和平板玻璃处理设备，通常不会在标准逻辑集成电路和处理器制造工厂。因此，斜坡图像传感器制造成本可以显着。
CMOS图像传感器的应用程序列表，在过去几年大幅增长。 20世纪90年代后期以来，CMOS传感器已经占到了越来越多的应用，如传真机，扫描仪，安全照相机，玩具，游戏，PC摄像头和低端消费类相机销售的成像设备。多功能传感器也将可能在未来几年开始出现在手机，条码阅读器，光学鼠标，汽车，甚至家用电器。由于他们有能力在高帧频捕捉连续的影像，CMOS传感器正越来越多地利用工业检测，武器系统，流体动力学，和医疗诊断。虽然预期不会取代大多数高端应用的CCD，CMOS图像传感器应继续寻找新家园，随着技术的进步。
内容出自:https://www.swxwj.com,转载请注明出处
上一篇：浅谈生物显微镜在化妆品行业的应用
下一篇：光学显微镜的数码影像
相关新闻:
- [2011-08-18]持续变倍显微镜
- [2011-08-08]放大图像生物显微镜
- [2011-07-12]摄像生物显微镜2CA-MNUV
- [2011-07-12]定倍定标图像显微镜10CA-SMUV
