CMOS和CCD图像传感器概述
随着各式消费性电子的兴起，图像传感器已成为半导体业中最耀眼的明星产品之一，而在图像传感器中，CCD传感器与新兴成长的 CMOS Sensor也逐渐找到自己的应用市场，希望成为市场上的主?技术。CMOS 图像传感器与CCD 传感器相比具有感光?低、信噪比高的缺点，但是其仍具有低功耗、低成本等优点。
针对全球Image Sensor (影像传感器) IC元件市场分析，2010?全球Image Sensor 组件应用市场规模为 7.1亿美元，在经过?融风?的影响后，仍持续呈现正成长趋势。TRI 预估在 2012?mage Sensor 市场之规模将近 8.5 亿美元；Image Sensor 市场占比尤以CMOS Sensor 之比重极高，平均占比约在 9成左右；
针对 CMOS Sensor 市场规模分析，2010?CMOS Sensor 组件整体市场规模为 6.3 亿美元，占整体 Image Sensor 市场 89%，整体市场趋势平均维持 90%的区间范围。而在各项消费性电子搭载的渗透?偏高的?态下，未来成长幅?趋缓进入产业成长成熟期，TRI 预估 CMOS Sensor 在2011??成长?为13%，未来将追求在技术像素及制造成本上的进步。
CMOS Sensor 为相机模块应用市场最重要的影像传感器应用组件，其中应用占比最高的为通讯电子商品，占整体 CMOS Sensor 市场的70%，而CMOS Sensor 市场的主要应用包括安全系统、车用系统、PC相关周边应用、数码相机等。IPad带动的平板电脑市场是CMOS Sensor成长最快的应用市场。
安防摄像机的应用市场占图像传感器市场值1成之间，过去多使用 CCD 作为影像传感器，近?? CMOS Sensor 的性能不断提升，开始打入长久为 CCD Sensor 独占的市场，主要偏向较低价的安防摄像机；
CCD 与 CMOS 的技术特点
CCD 与 CMOS 的技术特点主要在于成像过程，集成度，功耗，性能指标等方面。
1）成像过程
CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料，因而受光后产生电子的基本原理相同，但是读取过程不同：CCD 是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，整个电路非常复杂，读出速率慢；CMOS 则以类似 DRAM 的方式读出信号，电路简单，读出速率高。
2）集成度
采用特殊制造工艺的CCD读出电路比较复杂，很难将A/D转换、信号处理、自动增益控制、精密放大和存储功能集成到一块芯片上，一般需要多个芯片组合实现，同时还需要一个多通道非标准供电电压。借助于大规模集成制造工艺，CMOS 图像传感器能非常容易地把上述功能集成到单一芯片上，多数CMOS图像传感器同时具有模拟和数字输出信号。
3）电源、功耗和体积
CCD 需多种电源供电，功耗较大，体积也比较大。CMOS 只需一个单电源(3V~5 V)供电，其功耗相当于 CCD 的 1/10，高度集成CMOS 芯片可以做的相当小。
4）性能指标
CCD 技术已经相当成熟，而 CMOS 正处于蓬勃发展时期，虽然目前高端 CMOS图像质量暂时不如CCD，但有些指标（如传输速率等方面）已超过CCD。由于CMOS具有诸多优点，国内外许多机构已经应用CMOS图像传感器开发出众多产品。
CMOS sensor关键技术取得突破
CMOS传感器的技术发展跟随摩尔定律快速发展，尤其是几年来在市场需求的推动下，关键技术不断取得突破。对于用户关注的CMOS的照度和噪点等问题，实际上可见光下CMOS的信噪比远高于CCD。一方面，随着国际CMOS大厂的不断改进，CMOS还继续在成像的通透性、对实物的色彩还原能力等方面迎头赶上。研发了感光度增强技术，进而通过使用大尺寸传感器提高开口率，这正是提高CMOS感光能力的最直接办法。即便是在噪音控制方面，有公司将专门的噪声检测算法直接整合于CMOS图像传感器的控制逻辑中。通过这项技术，固定噪声就可以成功剔除了。更何况CMOS的价格远低于CCD设备。另一方面，在ISP中采用多种技术革新，如去噪技术来提升CMOS的噪点问题。
此外，从工艺上来讲，CCD每提升100万像素就需要对其生产线进行改造，研发生产的成本比较高。如果CCD尺寸仍然维持在2/3英寸的话，单位电极的间隙就被限制在0.4微米以内，进而导致制造中产生的损品率与生产成本大幅度攀升。
在各主力厂商的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高分辨率像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。CMOS图像传感器正在向高分辨率、高动态范围、高灵敏度、数字化、多功能化的多元化的细分市场发展。随着CMOS图像传感器技术的不断进度，CMOS传感器在安防摄像机的应用会不断增大。
CMOS Sensor在安防领域应用的前景预测：
Security going CMOS (Source: TSR CCD/CMOS Report, Apr 2009)
ISP在摄像机中的作用
ISP是CMOS和CCD摄像机中的重要器件，ISP主要负责对传感器中出来的图像数据进行后处理。直接从传感器中得到的图像是很糟糕的，不论色彩还是细节都与实际图像有很大差距，只能看到图像的中物体的大致轮廓。经过ISP的处理，包括内插、去噪、去坏点、边缘加强、肤色矫正、白平衡等操作后，可以使图像变的更加细腻，更加贴近真实世界中的图像。ISP的主要功能包括线性纠正、噪声去除、坏点去除、内插、白平衡、自动曝光控制等。
5.富瀚ISP的优势和特点
富瀚微电子在2011年推出的
FH8510是一款针对CIS（CMOS Image Sensor）的图像信号处理芯片，具有强大图像处理功能，支持多种图像传感器，集成了智能去噪、图像增强、色彩校正、自动曝光及白平衡等图像引擎。它具有功耗低、分辨率高、配置灵活、定制化程度高等特点。提供NTSC/PAL视频输出。FH8510的OSD采用硬件图像数据解压缩技术，全部的OSD数据可放置在EEPROM内。FH8510提供了一个IR LED的同步接口，保证在低光环境下IR LED的开启与摄像机彩色、黑白转换同步。基于这些强大的功能，FH8510提供了高性能的CMOS图像信号处理平台。
技术特点
●支持VGA、D1、SVGA CMOS图像传感器
●自动彩色转黑白
●固定模式噪声的消除
●坏点的自动检测和消除
●暗角补偿
●自动黑底消除
●自适应的图像降噪
●自动曝光，50Hz/60Hz闪烁消除
●自动白平衡
●颜色校正
●Gamma校正
●图像增强
●图像锐化
●用户定义OSD
●用户定义IR LED开关阀值
●图像分辨率:
450TVL （VGA Sensor）
540TVL （D1、SVGA Sensor）
视频输入
●VGA、D1、SVGA输入
●RGB Bayer
●最大数据位宽10-bit
●时钟正、负沿采样可配置
●帧有效、行有效信号极性可配置
●最高像素时钟54MHz
视频输出
●数字输出：BT.656 10-bit
●模拟输出： PAL 720x576; NTSC 720x480
结语
随着CMOS传感器和ISP芯片技术的快速进步，广大摄像机厂家将会有更多的功能丰富的方案选择，CMOS传感器在安防摄像机中将会得到越来越多的应用。
（本文作者系上海富瀚微电子有限公司）
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