高速CMOS图像传感器的信号处理电路设计研究

武文静

（中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，洛阳 471000）

随着人们生活水平的不断提高，我国的科技发展逐渐的迈入了一个崭新的阶段，数码相机以及数码产品的推出，极大的丰富了人们的物质生活。在数码相机和数码摄像机等产品的应用中，主要使用的元器件是固体图像传感器。现阶段我国使用最广泛的图像传感器是性能比较良好的CMOS高速图像传感器，它不仅能够完成信息的提取、转换以及展示等功能，还能够给予人们更加丰富有层次的可观看图像信息，所以高速CMOS图像传感器对我国数码相机及数码摄像机的发展起着积极作用。

1 高速CMOS图像传感器的优点

目前我国大部分数码摄像机都在使用高速CMOS图像传感器作为主要元件。最主要是因为与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器有很多的优点。CMOS图像传感器的优点主要体现在以下几个方面，第一个方面是在电荷的读取方式上，CMOS图像的电荷读取方式主要是通过光电转换后形成电压信号，他不需要信号电荷进行转移，从而能够保证信号读出的准确性。在CMOS图像传感器中主要利用像素阵列来进行数据的产生和传播。因此CMOS传感器的优点不仅体现在数据准确，而且现在通过高度集成的芯片，可以有效的减小器件的重量和体积，便于数码相机和摄像机等形成微观化，有利于人们的携带和使用。第二个方面是在生产工艺上来说，CCD传感器使用的是特殊的工艺生产流程，所以所需要的成本比较高而CMOS传感器在实际的生产和制造过程中，与半导体的器件生产工艺和制造工艺大概相同，所以不需要特殊的工艺以及特殊的生产设备，因此在一定程度上节约了很多的成本。第三个方面是CMOS图像传感器的集成度较高，这主要体现在CMOS传感器能够将图像处理模块，l/O接口以及数码转化器等，全部集中到同一个芯片上。从而有效的节省数码相机和摄像机在制造过程中所占的体积和重量。第四个方面是与CCD相比，CMOS集成电路的工作过程中几乎没有电量的消耗，它只需要在电路接通或者断开的时候才产生电能消耗，因此功耗相对比较低，而且也需要用控制信号和输入信号来进行电流的产生，从而需要较高的电压以及消耗更多的电能。最后一个方面也是最重要的方面是CMOS电路具备很强的高效性，与传统的图像传感器相比，CMOS电路由于可以极快的生成阵列以及相应的形成列总线，并且CMOS图像传感器中的ADC在集成芯片中可以高速的运转，所以这就增加了CMOS传感器工作的灵活性以及工作的高速性。

2 通过信息处理电路的设计提升因为高速CMOS图像传感器性能

因为高速CMOS图像传感器具备成本低廉、节约能源以及具备良好的工作性能的优点，所以不仅应用于国民的实际生产和生活中，还广泛的应用在航空及国防等高科技领域。所以设计更好的信号处理电路不仅能够使高速CMOS图像传感器具备更好的使用性能，还能够在一定程度上保障我国国民的利益。首先高速CMOS图像传感器实际的设计和应用原理图如下：

在高速CMOS图像传感器应用过程中，负责信号处理的电路主要包括整流滤波电路，这个电路的主要作用是通过整流滤波单元，可以有效消除信号源所传播信号中的产生的噪音及干扰信号。根据AD变换单元所具备的功能分析，模拟信号与数字信号之间可以有效的转换，从而实现图像信息的处理。由于一些数码相机所接收到的图像信号在转化为模拟信号时，可能会出现失真问题，所以为了保证数码摄像机和数码相机等拍摄照片的清晰度，需要模拟信号处理单元将信号放大，从而保证信号传输过程中能够更好的保留信号的真实性。

高速CMOS图像传感器的运行效果受到暗电流、噪声和像素饱和的影响。从噪声方面来分析，图形噪声会对高速CMOS图像传感器的性能产生一定的影响，图形噪声主要是因为相同的光照照射到两个不同的像素上，所输出的信号也有所不同，因此这样就会产生一定的噪声。针对固定的图形噪声，采用的信息处理方式主要是双采样技术，通过双采样技术可以有效的避免由于不同像素产生的输出信号差异。在双采样技术的应用过程中要将光照产生的信号读取出来，再恢复到原位，通过像素单元将读取的信号进行输出，然后将两个信号想减，从而能够有效的抑制固定的图形噪声。对于暗电流产生的影响因素在信息处理过程中，需要不断的消除电流过程中的杂质，以及因为受热所受到的影响。针对暗电流产生的影响，在信息处理电路的设计过程中，制定暗电流的标准参考值，然后与图像信号做减法。针对最后一个影响因素，像素饱和后就会严重影响拍摄效果。像素的饱和以及溢出模糊必须根据模拟信号处理单元的功能来进行相应的制止和改善，保障信号在传输过程中能够保真。

3 结束语

高速CMOS图像传感器的信号处理电路设计的目的主要是能够保证CMOS有更强的应用功能和优良的性能，作为新型的传感器元件和半导体元件，需要不断地提升其相应的使用性能，才能更好地服务于数码相机以及高科技设备的开发应用中。