1 CMOS图像传感器

CMOS图像传感器（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。主要由四个组件构成：微透镜、 彩色滤光片（CF）、光电二极管 （PD）、像素设计。

微透镜：具有球形表面和网状透镜；光通过微透镜时，CIS的非活性部分负责将光收集 起来并将其聚焦到彩色滤光片。

彩色滤光片（CF）：拆分反射光中的红、 绿、蓝（RGB）成分，并通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。

光电二极管（PD）：作为光电转换器件，捕捉光并转换成电流；一般采用PIN二极管或PN结器件制成。

像素设计：通过CIS上装配的有源像素传感器(APS) 实现。APS常由3至6个晶体管构成，可从大型电容阵列中获得或缓冲像素，并在像素内部将光电流转换成电压，具有较完美的灵敏度水平和噪声指标。

2 Bayer阵列滤镜与像

感光元件上的每个方块代表一个像素块，上方附着一层彩色滤光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通过感光元件形成拜耳阵列滤镜。经典的Bayer阵列是以2x2四格分散RGB的方式成像， Quad Bayer阵列扩大到了4x4，并且以2x2的方式将RGB相邻排列。

像素，即亮光或暗光条件下的像素点数量，是数码显示的基本单位，其实质是一个抽象的取样，我们用彩色方块来表示。

图示像素用R（红）G（绿）B（蓝）三 原色 填充，每个小像素块的长度指的是像素尺寸， 图示尺寸为0.8μm。

滤镜上每个小方块与感光元件的像素块对应，也就是在每个像素前覆盖了一个特定的颜色滤镜。比如红色滤镜块，只允许红色光线投到感光元件上，那么对应的这个像素块就只反映红色光线的信息。

随后还需要后期色彩还原去猜色，最后形成一张完整的彩色照片。感光元件→Bayer滤 镜→色彩还原， 这一整套流程，就叫做 Bayer 阵列。

3 前照式（FSI）与背照式（BSI）

早期的CIS采用的是前面照度技术FSI （FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜尔阵列 滤镜与光电二极管（PD）间夹杂着金属（铝， 铜）区，大量金属连线的存在对进入传感器表 面的光线存在较大的干扰，阻碍了相当一部分光线进入到下一层的光电二极管（PD），信噪比较低。

技术改进后，在背面照度技术BSI （FRONT-SIDE ILLUMINATED）的结构下， 金属（铝，铜）区转移到光电二极管（PD） 的背面，意味着经拜尔阵列滤镜收集的光线不 再众多金属连线阻挡，光线得以直接进入光电二极管；BSI不仅可大幅度提高信噪比，且可配合更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。

4 CIS参数—帧 帧率（Frame rate）：以帧为单位的位图 图像连续出现在显示器上的频率，即每秒能显示多少张图片。

而想要实现高像素CIS的设计，很重要的一点就是Analog电路设计，像素上去了，没有匹配的高速读出和处理电路，便无办法以高帧 率输出出来。

索尼早于2007年 chuan'gan发布了首款 Exmor传感器。Exmor 传感器在每列像素下方 布有独立的ADC模数转 换器，这意味着在CIS 芯片上即可完成模数转换，有效减少了噪 声，大大提高了读取速度，也简化了PCB设 计。

5 CIS应用—车载领域

车载领域的CIS应用包括：后视摄像 (RVC)，全方位视图系统(SVS)，摄像机监控系 统（CMS），FV/MV，DMS/IMS系统。

6 车载领域——HDR技术方法

HDR解决方案，即高动态范围成像，是用来实现比普通数位图像技术更大曝光动态范围。

时间复用。相同的像素阵列通过使用多个卷帘（交错HDR）来描绘多个边框。好处： HDR方案是与传统传感器兼容的最简单的像素技术。 缺点：不同时间发生的捕获导致产生运动伪影 。

空间复用。单个像素阵列帧被分解为多个，通过不同的方法捕获：1.像素或行级别的独立曝光控制。 优点：单帧中的运动伪影比交错的运动伪影少。 缺点：分辨率损失，且运动伪影仍然存在边缘。 2.每个像素共用同一微透镜的多个光电二极管。 优点：在单个多捕获帧中没有运动伪影； 缺点：从等效像素区域降低灵敏度。 非常大的全井产能。

7 车载领域——闪变抑制技术

多个集成周期（时间多路传输）。在每 个整合期内对光电二极管充电进行多次进行采样，样品光电二极管比LED源频率更高。

多个光电二极管（空间多路复用）。使 用较大的光电二极管捕捉较低的轻松的场景； 使用较小的不灵敏光电二极管在整个帧时间内集成（减轻LED闪烁）。

每个像素由两个光电二极管构成。其中 包含一个大的灵敏光电二极管和一个小的不灵敏光电二极管，小型不灵敏光电二极管可在整帧中合并，从而减轻LED闪烁。 优势在于有出色的闪变抑制、计算复杂度低； 劣势在于更大更复杂的像素架构、更复杂的读数和电路定时、大型光电二极管和小型光 电二极管和之间的光谱灵敏度不匹配。

8 车载领域——阵列摄像机

阵列摄像机是一种新兴的摄像机技术， 是指红外灯的内核为LED IR Array的高效长寿的红外夜视设备，可能是可行的LED检测解决方案。

用于LED检测的低灵敏度摄像头可以实现图像融合的组合输出，并能够实现单独输出，或同时输出。

主要优势在于亮度高、体积小、寿命长， 效率高，光线匀。

目前，阵列摄像机还面临着诸多挑战。 首先，汽车光学对准误差难以保持温度范围； 其次，图像融合面向应用和复杂的计算；最后，高灵敏度和低灵敏度图像之间难以融合.

9 车载领域——机器视觉传感器技术趋势

全局快门。CMOS传感器有两种快门方式，卷帘快门和全局快门。卷帘快门通过对每列像素使用A/D来提高读取速度，每列像素数量可达数千。 任何一个转换器数字化的像素总数显著减少，从而缩短了读取时间，提高了帧速率。但 整个传感器阵列仍必须转换为一个一次排，这导致每行读出之间的时间延迟很小。

和机械式焦平面快门一样，卷帘快门对高 速运动的物体会产生明显的变形。而且因为其 扫描速度比机械式焦平面快门慢，变形会更加 明显；全局快门则大大改善了应用于高度运动 对象时的变形问题。

改进的近红外（NIR）响应、高灵敏度 滤色片阵列（RCCB）、数据加密处理、更高的帧速率、集成传感和处理 、3D成像。

10 安防领域——当前监控摄像机类型

11 安防领域——红外线摄像技术 红外线摄像技术分为被动和主动两种类型。

被动型：拍摄对象自身发射红外光被摄 像机接受以成像。这类设备昂贵并且对环境不能良好反映，所以在夜视系统中基本不采用。

主动型：配置有红外灯主动向外发射红 外辐射，使红外摄像机接收反射回来的红外光，增强夜视能力。目前红外摄像机基本都配置LED红外发光二级管。

主动型红外摄像机包含摄像机、防护罩、红外灯、供电散热单元。它贴切的名称为红外线增强摄像机。

感光元件的频谱足够宽时能对红外线到可 见光的连续谱产生感应，形成包括红外线在内的光敏感。在普通可见光强下，宽范围感光元件增加了红外频段，在弱光条件下，也能获得清楚的图像。

12 安防领域——红外光成像

红外线摄影术以成像为目标。伴随着电子与化学科技的进展，红外线摄像技术逐渐演化出三个方向。

近红外线底片：感应范围为波长700nm ～900nm。在成像乳剂中加入特殊染料，利用光化学反应，使这一波域的光变化转为化学变化从而形成影像。

近红外线电子感光材料：感应范围为波长700nm～2,000nm。利用含硅化合物晶体的光电反应形成电子信号，进过进一步处产生影像。

中、远红外线线感应材料：感应范为波长3,000nm～14,000nm。需要使用冷却技术和特殊的光学感应器，加工处理形成电子影像。

13 安防领域——索尼STARVIS技术

最客观的比较传感器灵敏度的标准是像素内光子到电子转换效率，这种标准只涉及像元尺寸和量子效率，不需要传感器的其他参数。

STARVIS图像传感器灵敏度达到 2000mV* /μm2以上，是EXview HAD CCD II图像传感器灵敏度的两倍，比FI CMOS图像传感器的还要高。

14 安防领域——索尼STARVIS技术

普通CMOS像素都包含片上透镜、滤光片、金属配线层、光电二极管以及基板等部件。

前照式像素技术使光线首先进入金属配线层。而背照式像素技术使光线首先进入光电二极管，从未避免光线被金属配线层遮挡，提高光线利用效率，能在低照度环境下形成优质画面。

15 三星——汽车图像传感器

安全性更高，感光性更好。卓越的感光性、高分辨率可展现精致细节。借助三星汽车图像传感器，无论在白天还是夜晚驾驶，都更安全。它可在黑暗和昏暗环境下提供卓越的灵敏度，这要归功于先进的像素技术ISOCELL， 该技术可提供高分辨率，能够精确识别物体。

为无人驾驶汽车提供更出色的检测 出色的宽动态范围(WDR)，可进行更准确的物体识别。三星汽车图像传感器具有120db以上的宽动态范围，即使在高对比度环境下也可检测对象。它的高性能宽动态范围(WDR)功能可以传递准确的信息来帮助司机预防事故发生。

无论温度如何变化，均可提供出色品质。在高温条件下也可提供卓越清晰度。三星汽车图像传感器符合行业各种严苛的标准，能够承受从−40°到105°C的极端温度条件，满足汽车电子委员会AEC-Q100 2级标准要求。即使在极端环境下也能提供优质图像。

16 豪威科技——车载摄像头

车载摄像头目前基本在中高端车型上成为标配，主要应用于倒车影像系统中。未来随 着高级驾驶辅助系统(ADAS)的需要，智能汽车 如果需要实现自动紧急刹车(AEB)、自适应巡航(ACC)、疲劳监测、车道偏离辅助、360 度 环视等功能，则需要在车辆上配置 6-8 个摄像头。

ADAS 视觉系统使用摄像头采集图像信息，通过算法分析出图像中的道路环境。因此，摄像头及其 CMOS图像传感器是 ADAS 的核心组成部分。

高动态范围（HDR）与先进的图像信号处理（ISP） 一起提供了出色的场景再现，并防止了运动伪影。无论光线如何，都可以呈现清晰完整的场景。

OmniBSI 具有背照功能，能够在最苛刻的低光条件下提供最佳的灵敏度。

采用全局快门技术的OmniPixel3-GS, 它对近红外光具有很高的灵敏度，实现经济高效的驾驶者状态监测。

汽车芯片级封装（a-CSP）技术 实现小巧耐用的相机模块。