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在過去的十年里，CMOS圖像傳感器（CIS）技術(shù)取得了令人矚目的進展，圖像傳感器的性能也得到了極大的改善。自從在手機中引入相機以來，CIS技術(shù)取得了巨大的商業(yè)成功。

包括科學家和市場營銷專家在內(nèi)的許多人，早在15年前就預(yù)言，CMOS圖像傳感器將完全取代CCD成像設(shè)備，就像20世紀80年代中期CCD設(shè)備取代了視頻采集管一樣。盡管CMOS在成像領(lǐng)域占有牢固的地位，但它并沒有完全取代CCD設(shè)備。

另一方面，對CMOS技術(shù)的驅(qū)動極大地提升了整個成像市場。CMOS圖像傳感器不僅創(chuàng)建了新的產(chǎn)品應(yīng)用程序，而且還提高了CCD成像設(shè)備的性能。本文介紹了CMOS圖像傳感器技術(shù)中最先進的技術(shù)，并對未來的發(fā)展前景進行了展望。

圖像傳感器的定義和用途

圖像傳感器是一種將光學圖像轉(zhuǎn)換成電子信號的電子設(shè)備。轉(zhuǎn)換的方法因圖像傳感器的類型而異：

“模擬”CCD執(zhí)行光子到電子的轉(zhuǎn)換。

“數(shù)字”CMOS圖像傳感器（CIS）執(zhí)行光子到電壓的轉(zhuǎn)換

圖像傳感器用于數(shù)碼相機和成像設(shè)備，將相機或成像設(shè)備接收到的光線轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像。

CIS vs. CCD

今天，有兩種不同的技術(shù)用于數(shù)字圖像采集（圖1）：

電荷耦合器件（CCD）是線性傳感器，其輸出與接收到的光子數(shù)量直接相關(guān)。

互補金屬氧化物半導體（CMOS，或CMOS圖像傳感器CIS）是一種較新的并行讀出技術(shù)。

這兩種類型的成像設(shè)備都將光轉(zhuǎn)化為電子（或電荷），隨后即可處理成電子信號。CCD的設(shè)計目的是將電荷逐個像素地移動，直到它們到達專用讀出區(qū)域放大器。CMOS圖像傳感器直接在像素上進行放大。更高級的CIS技術(shù)提供了一個并行讀出架構(gòu)，其中每個像素都可以單獨尋址，或者作為一個組并行地讀出（參見圖1）。

CMOS傳感器的制造成本遠低于CCD傳感器。由于新型圖像傳感器的價格下降，數(shù)碼相機已經(jīng)變得非常便宜和普及。

在表1中，我們展示了CCD和CMOS架構(gòu)的主要區(qū)別。每個都有獨特的優(yōu)點和缺點，在不同的應(yīng)用中各顯其能（用綠色表示）。

表1：CCD與CMOS架構(gòu)比較（來源：e2V）