高速CMOS圖像傳感器的信號處理電路設計研究

武文靜

（中國航空工業集團公司洛陽電光設備研究所，洛陽 471000）

隨著人們生活水平的不斷提高，我國的科技發展逐漸的邁入了一個嶄新的階段，數碼相機以及數碼產品的推出，極大的豐富了人們的物質生活。在數碼相機和數碼攝像機等產品的應用中，主要使用的元器件是固體圖像傳感器。現階段我國使用最廣泛的圖像傳感器是性能比較良好的CMOS高速圖像傳感器，它不僅能夠完成信息的提取、轉換以及展示等功能，還能夠給予人們更加豐富有層次的可觀看圖像信息，所以高速CMOS圖像傳感器對我國數碼相機及數碼攝像機的發展起著積極作用。

1 高速CMOS圖像傳感器的優點

目前我國大部分數碼攝像機都在使用高速CMOS圖像傳感器作為主要元件。最主要是因為與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器有很多的優點。CMOS圖像傳感器的優點主要體現在以下幾個方面，第一個方面是在電荷的讀取方式上，CMOS圖像的電荷讀取方式主要是通過光電轉換后形成電壓信號，他不需要信號電荷進行轉移，從而能夠保證信號讀出的準確性。在CMOS圖像傳感器中主要利用像素陣列來進行數據的產生和傳播。因此CMOS傳感器的優點不僅體現在數據準確，而且現在通過高度集成的芯片，可以有效的減小器件的重量和體積，便于數碼相機和攝像機等形成微觀化，有利于人們的攜帶和使用。第二個方面是在生產工藝上來說，CCD傳感器使用的是特殊的工藝生產流程，所以所需要的成本比較高而CMOS傳感器在實際的生產和制造過程中，與半導體的器件生產工藝和制造工藝大概相同，所以不需要特殊的工藝以及特殊的生產設備，因此在一定程度上節約了很多的成本。第三個方面是CMOS圖像傳感器的集成度較高，這主要體現在CMOS傳感器能夠將圖像處理模塊，l/O接口以及數碼轉化器等，全部集中到同一個芯片上。從而有效的節省數碼相機和攝像機在制造過程中所占的體積和重量。第四個方面是與CCD相比，CMOS集成電路的工作過程中幾乎沒有電量的消耗，它只需要在電路接通或者斷開的時候才產生電能消耗，因此功耗相對比較低，而且也需要用控制信號和輸入信號來進行電流的產生，從而需要較高的電壓以及消耗更多的電能。最后一個方面也是最重要的方面是CMOS電路具備很強的高效性，與傳統的圖像傳感器相比，CMOS電路由于可以極快的生成陣列以及相應的形成列總線，并且CMOS圖像傳感器中的ADC在集成芯片中可以高速的運轉，所以這就增加了CMOS傳感器工作的靈活性以及工作的高速性。

2 通過信息處理電路的設計提升因為高速CMOS圖像傳感器性能

因為高速CMOS圖像傳感器具備成本低廉、節約能源以及具備良好的工作性能的優點，所以不僅應用于國民的實際生產和生活中，還廣泛的應用在航空及國防等高科技領域。所以設計更好的信號處理電路不僅能夠使高速CMOS圖像傳感器具備更好的使用性能，還能夠在一定程度上保障我國國民的利益。首先高速CMOS圖像傳感器實際的設計和應用原理圖如下：

在高速CMOS圖像傳感器應用過程中，負責信號處理的電路主要包括整流濾波電路，這個電路的主要作用是通過整流濾波單元，可以有效消除信號源所傳播信號中的產生的噪音及干擾信號。根據AD變換單元所具備的功能分析，模擬信號與數字信號之間可以有效的轉換，從而實現圖像信息的處理。由于一些數碼相機所接收到的圖像信號在轉化為模擬信號時，可能會出現失真問題，所以為了保證數碼攝像機和數碼相機等拍攝照片的清晰度，需要模擬信號處理單元將信號放大，從而保證信號傳輸過程中能夠更好的保留信號的真實性。

高速CMOS圖像傳感器的運行效果受到暗電流、噪聲和像素飽和的影響。從噪聲方面來分析，圖形噪聲會對高速CMOS圖像傳感器的性能產生一定的影響，圖形噪聲主要是因為相同的光照照射到兩個不同的像素上，所輸出的信號也有所不同，因此這樣就會產生一定的噪聲。針對固定的圖形噪聲，采用的信息處理方式主要是雙采樣技術，通過雙采樣技術可以有效的避免由于不同像素產生的輸出信號差異。在雙采樣技術的應用過程中要將光照產生的信號讀取出來，再恢復到原位，通過像素單元將讀取的信號進行輸出，然后將兩個信號想減，從而能夠有效的抑制固定的圖形噪聲。對于暗電流產生的影響因素在信息處理過程中，需要不斷的消除電流過程中的雜質，以及因為受熱所受到的影響。針對暗電流產生的影響，在信息處理電路的設計過程中，制定暗電流的標準參考值，然后與圖像信號做減法。針對最后一個影響因素，像素飽和后就會嚴重影響拍攝效果。像素的飽和以及溢出模糊必須根據模擬信號處理單元的功能來進行相應的制止和改善，保障信號在傳輸過程中能夠保真。

3 結束語

高速CMOS圖像傳感器的信號處理電路設計的目的主要是能夠保證CMOS有更強的應用功能和優良的性能，作為新型的傳感器元件和半導體元件，需要不斷地提升其相應的使用性能，才能更好地服務于數碼相機以及高科技設備的開發應用中。