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互補型金屬氧化物半導體( CMOS)成像技術已經成為眾多新興攝像頭應用的首選。數字成像隨著1969年電荷耦合器件( CCD)的發明而誕生，但在此后的30年間，它一直未能成為主流的圖像采集技術。二十世紀九十年代中期，因美國航空航天局噴氣動力實驗室發明了有源像素體系結構，CMOS技術才在取景方面得到飛速方展，CMOS傳感器業已穩步立足市場，正引領業界朝著新的發展方向邁進。CCD技術無法在廣泛的成像應用領域競爭，我們可能會看到，它將向越來越專業化的方向發展，為諸如DSLR等專業領域服務，最終走上Betamax錄像帶和vinyl LP錄像的道路。 CMOS傳感器的優勢 1．低功耗 有源像素CMOS傳感器的功耗只有20到50毫瓦。這樣低的功耗能夠大幅延長手機或數碼相機的電池使用壽命。 2．標準的半導體制造平臺 CMOS圖像傳感器是在標準DRAM裸片上生產的，具有成本合理、生產便利的特點。另外， DRAM制造工藝本身具有降低泄漏電流的特點，能夠實現低噪聲工作，獲得清晰、銳利的圖像質量。 3．更小的電路板體積 CMOS圖像傳感器在一個裸片中集成了多項攝像頭功能，降低了芯片數量，提高了可靠性，簡化了小型化過程，并且降低了總成本。 4．運行速度快 CMOS的有源像素技術可以驅動圖像陣列的列總線高速傳輸，其芯片附帶的 模數轉換器(ADC)可以更容易地驅動高速信號進行芯片傳輸。這兩項特性為機器視覺和運動分析應用提供了巨大優勢。 5．更大的靈活性 CMOS裝置的行列尋址功能與基本DRAM相似，能夠提供關注窗口度數，并且支持芯片電子搖攝、傾斜和變焦。這些功能可以為需要圖像壓縮、運動探測或目標跟蹤的應用提供更大的靈活性。靈活的尋址特性與高速CMOS相結合為設計人員改善自動對焦和自動曝光提供了眾多選擇。 6．供應穩定 CMOS產品采用基于DRAM的制造工藝，能夠提供足夠的產量、準備時間、產能和預期優勢。 7．可更快推向市場 CMOS圖像傳感器結構簡單，進行應用設計時，方便快捷，能夠將最終產品快速推向市場，并立刻產生效益。 8．芯片集成了組件或完整的攝像頭系統 CMOS傳感器靈活性強，制造時既可以作為獨立組件，也可與數字圖像流處理器相結合，建立完整的芯片攝像頭系統(SOC)解決方案。 SOC可執行一系列復雜的處理功能，其中包括色彩還原、色彩修正、銳化及自動曝光。集成式SOC進一步簡化了應用設計，降低了芯片數量，使設計人員能夠最大程度利用電路板空間。 諸如智能電話和手持設備以及筆記本電腦等高質量消費產品，以及智能汽車市場和監控/安全市場都具有很大的需求，直到如今，使用傳統的CCD成像技術無法輕松滿足這些需求。 移動電話：CMOS的最忠實擁護者 為手機設計的攝像頭從入門級設計到功能豐富的多媒體設備種類繁多。預計到2008年，全球售出的新攝像頭手機中有超過75%至少配有一個攝像頭，有超過5%具有兩個攝像頭。截止2007年底，手機的年銷售額達10億部，用戶安裝數量超過10億部。 攝像頭手機正在成為消費攝影領域中的新角色。通常消費者不會隨身攜帶數碼相機，但是會隨身攜帶具有攝像頭的手機，隨行隨拍。攝像頭手機能夠讓用戶隨時記錄并分享生活中容易錯過的美好瞬間。 目前VGA(640×480像素)和130萬像素(1280×960像素)仍是攝像手機中的主流分辨率，這樣的打印質量無法滿足消費者的期望。目前業界正趨向于為手機設計200萬像素(1600×1200像素)和300萬像素(2048×1536像素)圖像傳感器，讓用戶能夠在4×6英寸格式到8.5×11英寸格式下打印清晰銳利的圖片。 除了分辨率和圖像傳感器質量外，攝像頭大小對于手機市場也非常重要。四分之一英寸或更小的袖珍光學格式是如今主流手持設備的關鍵設計要求。最新像素技術已能夠實現1.75微米像素，并能在保持優異畫質情況下使用8x8mm格式實現300萬像素分辨率。 解決圖像質量和尺寸問題后，功耗成為手機市場的另一個主要障礙。CMOS的設計具有更低的耗電量，可以為設計人員提供更長的電池壽命，或者為更小的手持設備提供體積更小的電池。 同時實現攝像頭的拍照和視頻功能 無論是購買攝像手機還是數碼相機，消費者都需要同一臺設備同時具有視頻和照片拍攝功能。因為CMOS具有成本低、體積小、靈活性強的優勢，更容易滿足這些要求。 消費者需要攝像頭具有高分辨率視頻和高速圖像捕獲等高級功能，但又不想支付過高的價格。另外，隨著通訊條件的飛速進步，計算能力的提升，以及網絡帶寬的增加，消費者能夠輕松地管理和共享他們拍攝的美好瞬間。 CMOS瞄準快速增長的網絡攝像頭市場 伴隨免費網絡電話、即時消息和高質量成像技術的出現，視頻聊天正在朋友、家人和同事之間迅速流行開來。目前大多數網絡攝像頭還是只有VGA或130萬像素分辨率的傳統“連線”式攝像頭，但市場正在向用于筆記本電腦和平板顯示器的200萬像素或更高分辨率的方向穩步發展。 CMOS攝像頭具有較快的幀速率，能夠捕捉銳利、清晰的視頻圖像和較高的動態范圍，可以在不同光照條件下確保較高的圖像質量，CMOS攝像頭的這些優點都有助于推動視頻聊天的采用。 使用CMOS成像技術實現更安全、更智能的駕駛 隨著技術更先進的汽車和商用交通工具的上路，成像功能成為一項能夠為駕駛員提供更好視野的實用功能，這些功能增強應用還包括車道偏離警告和自動巡航控制系統等。車輛使用的成像功能主要用于場景查看和場景處理應用。在場景查看應用中，CMOS攝像頭用于提高駕駛員對周圍景物的認識。汽車場景查看應用的實例包括停車輔助、尾部和側面視頻觀察、乘客查看、后視鏡替代/輔助以及生物識別/安全。 在場景處理應用中，攝像頭捕獲環境信息，并將這些信息發送到車輛的數據系統，幫助車輛“了解”周圍情況，處理信息，并做出反應。例如，在車輛位于巡航模式下并且與前車距離過近時，攝像頭能夠提供接近距離數據，從而讓車輛執行自動剎車等輔助操作。場景處理功能可以讓您的駕駛體驗更安全、更方便。用于場景處理的攝像頭必須能夠在所有光照級別和極端溫度下正常工作。 因為車外的景物在隨時變化，攝像頭必須具有比實時要求更高的采樣速率，才能避免車輛碰撞。攝像頭必須能夠在不需要額外圖像重建處理情況下，清晰顯示出場景。汽車場景理解方面的應用實例包括：適應性巡航控制、碰撞避讓/行人保護、車道監察和偏離警告、疲勞監測、風擋玻璃雨刷器控制和遠光暗化。 汽車環境對于攝像頭來說非常惡劣。攝像頭必須承受極強的光照和極端的溫度，并與多種不同體系結構實現集成，并且需要始終穩定工作。具體來說，需要將汽車部件設計為能夠承受-40°C到+85°C的溫度范圍，對于一些特定裝置，工作時與存放時的耐受溫度范圍分別為-40°C至+105°C和-40°C至+125°C。 許多汽車場景處理應用需要具有較高的動態范圍，以執行一些重要功能。從技術角度來說，450nm–1,050nm＞40% QE at 550nm的光譜范圍可以檢測到從深藍(DB)到近紅外(NIR)光譜，峰值相應與人眼范圍相似。需要使用電子卷簾快門(ERS)提供優異的視頻捕捉性能(特別是在低光照條件下)。 CMOS著眼新興市場：安保與監控 隨著安保與監控攝像頭市場在全球范圍內不斷擴大，成像質量更高、功能豐富、價格合理的攝像頭成為需求的重點。CMOS攝像頭能夠為安保應用提供一系列固有的技術優勢，這些優勢包括優秀的圖像性能、較高的動態范圍、低噪聲、更高的幀速率和更小的體積。 基于CMOS的安保圖像傳感器設計簡單，能夠在低光照條件下提供優異的成像性能，具有近紅外和低于可見燭光(等于一支點燃蠟燭發出的光亮)的成像能力。 普通住戶需要低成本、高質量并且可以自己安裝的攝像頭解決方案，這種需求推動了消費級安保攝像頭市場的發展，用戶可以自己安裝、維護并操作這些家用解決方案。以前可供DIY的攝像系統多數都存在圖像閃爍和模糊的問題。為滿足消費者的需求，各廠商正在利用基于高質量CMOS的圖像傳感器設計產品，提供成本低、性能好的攝像頭系統，以抓住這個新的市場機會。用于家用安保市場的CMOS成像技術主要具有以下優勢：VGA或百萬像素分辨率； NTSC或 PAL格式的數模輸出；適用于簡單攝像頭模塊設計和更少組件數目的片載系統(SOC)攝像頭；不使用馬達或任何移動部件而通過搖攝、傾斜和變焦功能實現寬廣視場，并且可以隨時掃描傳感器的整個視場顯示其中的任意區域。 對商用攝像頭市場，重要的是攝像頭應具有在同一地點的大動態范圍光照條件下捕捉清晰、銳利、顏色逼真的圖像的能力，并且能夠捕捉寬廣的視場。商用安保市場的CMOS成像技術具有以下主要優勢： 具有數百萬像素的分辨率，支持每秒15幀(fps)的全屏幕和每秒30幀及以上的子窗口，非常適合需要監控整個房間或視野的攝像頭應用，或者深入探查，聚焦于小而重要的細節。 在高達100dB的動態范圍內，與CCD成像器相比，能使攝像頭從動態范圍更寬的場景中捕獲到詳細信息，設計成本也更低。 不使用馬達或任何移動部件而通過電子搖攝、傾斜和變焦功能功能實現寬廣視場，可以隨時掃描傳感器的整個視場顯示其中的任意區域。 如配備魚眼鏡頭，可提供完整的全景視野。 日常生活對于高質量成像技術的需求不斷增長，最后這種需求成為了現實。CMOS圖像傳感器在功耗、系統設計和片載功能集方面具有眾多優勢，所有這些優勢縮短了產品推向市場的時間，增強了產品的競爭力。CMOS圖像傳感器基本代表了最先進的成像技術，將成為未來幾年圖像傳感器市場的主流。 |
