CMOS图像器件即将成为主流产品[转贴]

CMOS图像器件即将成为主流产品

七十年代，CMOS图像传感器和CCD图像传感器同时起步。CCD(电荷藕合器件)由于灵敏度高、噪音小，逐步发展成为图像传感器的主导产品。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成了由CCD器件制成的摄像机体积大、功耗大的局限。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低、价格低在图像传感器市场上独树一帜。但目前市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD相比。如果我们能把CMOS图像器件的光照灵敏度再提高5至10倍，把噪音进一步压低，那么CMOS传感器的图像质量就可达到或略微超过CCD的水平，却同时保持体积小、重量轻、微功耗、高集成、低价位等CCD器件所不具备的优点。那么CMOS图像传感器取代CCD图像器件就会成为事实。
90年代，随着大规模集成电路设计与制造技术进入深亚微米阶段，沉寂多年的CMOS图像技术重新被启动。许多公司纷纷投资对CMOS图像传感器技术进行研究和开发。这些公司经过多年的努力，已经不同程度地掌握了CMOS图像传感器设计、制造的规律。困扰CMOS图像传感器图像质量的障碍也一个个被突破。然而，CMOS图像传感器的最大弱点，即光照灵敏度低的弱点，却一直没有很大改进。目前市场上CMOS图像传感器，在光照条件好时(如晴朗白天的室内)，图像质量很好；但在光照暗的时侯(如黄昏室内昏暗的灯光下)，图像质量会严重恶化。工业界人士逐渐形成了一种看法：“CMOS图像的质量就是这样了，它不可能达到CCD的水平。”

最近，CMOS图像传感器技术又取得了突破性的进展，如OminiVision推出的新版7510彩色图像传感器和7010黑白图像传感器，其图像质量给人鲜明的视觉感观效果，很难相信这是来自COMS图像传感器的图像。它已把CMOS图像传感器的光照灵敏度提高了至少5倍，用它制作的摄像机达到了与目前CCD器件同等的水平。这是一个不小的事件。将会在今后视频图像市场上形成巨大的冲击波。CMOS图像器件质量指标所以最近可脱颖而出，是因为人们终于打破了这样一个传统观念：“CMOS图像敏感元件的光照灵敏度和信噪比的改善，在原理上是不可克服的！”人们发现在全面的改善电路设计、器件结构和工艺流程以后，CMOS图像芯片的质量指标是可以进一步改善并达到CCD图像质量水平。这一突破性的进展，必将加快CMOS图像传感器取代CCD的步伐。

CCD技术在过去15年里一直主宰着图像传感器市场，十年来大规模集成电路的工艺成就，使今天CMOS图像器件及其支撑外围电路的设计条件，比过去好了很多。OmniVision公司已明确宣布：他们的目标就是全面取代今天的CCD技术。把CMOS彩色图像器件的最低照度提高至1Lux以下，黑白图像器件的最低照度提高至0.1Lux以下，同时提高信噪比。用新版7510芯片制作的彩色摄像机最低照度已小到1.23lux，这说明CMOS图像传感器的彩色图像质量水平已经和普通CCD水平相当，仅比Sony公司的高质量CCD略有差距。OmniVision目前正在以Sony高质量的CCD为目标，进一步改进CMOS图像传感器的图像质量，以获得更为清淅亮丽的图像。

OV7500系列和OV7000系列是可以输出全电视信号的单片(Camera-on-Chip)模拟彩色和黑白摄像芯片，芯片上带有两个可输出高质量隔行图像的全电视信号编码器，适合于闭路电视(CCTV)应用。NTSC制(60HZ)编码器输出每秒30帧508x492象素的图像(25万像素)。PAL制(50HZ)编码器输出每秒25帧628x582象素的图像(36万像素)。仅需要加上5V电源和时钟源，便可产生立即能接入电视机或录像机的标准NTSC或PAL全电视信号。

0V7500和OV7000的设计力求使有关图象的应用更容易实现。许多功能包括自动增益控制(AGC)、自动曝光控制(AEC)、自动白平衡(AMB)、伽玛校正、背光补偿和自动黑电平校正都被集成在芯片上。OV7500系列还把全部的彩色图像处理集成在芯片上。片上的寄存器功能可以通过I▲2▲C总线接口来管理。

作为隐蔽用的微型摄像机，只有当CMOS图像传感器技术趋于成熟才能进入实用化和商品化阶段。我们现在推出的CMOS微型摄像机其横向尺度只有一分钱硬币大小，再过两三年，国际高新技术市场上会出现真正实战意义上的只有钮扣大小，可以直接输出图像的单芯片摄像机(Camera on chip)，这将对传统的摄像技术产生更新换代的影响。

最近，OmniVision推出了OV7600系列和OV7110系列产品。OV7600系列和OV7100系列是完全可编程的数字单片摄像器件,其像矩阵为640x480象素(30万像素)。这种通用的器件也可按320X240像素输出CIF图像格式(8万像素)。由于设计成方形像素和逐行扫描，OV7600和OV7100系列传感器芯片是特别为计算机应用而设计的。片上A／D转换器可提供8位或16位并行数字输出，并100％符合CCIR601／656规范。

OV7600和OV7100系列传感器芯片把所有摄像功能都集成在片上，包括自动增益控制(AGC)、自动曝光控制(AEC)、自动白平衡(AMB)、伽玛校正、背光补偿和自动黑电平校正。所有的彩色矩阵处理功能也集成在片上。这两种器件允许从外部通过I▲2▲C总线来编程摄像机功能，有宽的动态范围、抗浮散且几乎没有拖影。

为了提供“电脑眼”的完整解决方案，OmniVision又推出了OV511高性能摄像机到USB接口芯片(Advanced Camera to USB Bridge)。OV511 ACUB降低了产品的成本，极大地简化了单片CMOS图像传感器和USB的接口，仅增加256K DRAM和一个USB收发器，可以很容易地构成基于USB的视频子系统。制造商们可以利用新一代个人电脑上带有的USB接口，开发出视频和图像外设。

OV511 ACUB最大视频传输速度的设计，使得系统能够以更加实时的方式获取大量的视频信息。片内高性能专用压缩引擎可以达到7:1的压缩比，保证了从图像传感器到PC机的快速图像传输。对于CIF图像格式：OV511 ACUB的压缩引擎支持高达30桢／秒的传输速度，减少了低带宽应用中通常会出现的图像跳动现象。快速的准同步FIFO保证了压缩后视频图像从压缩引擎到USB的高速传输。OV511 ACUB还具有优秀的静态图像捕捉功能，可以在PC机上设置好图像格式以后，由摄像机上的按键代替PC机上的鼠标控制照相，获得高质量的640x480静态图像。使用起来和数码相机一样方便。OV511 ACUB是一个非常容易使用的USB摄像机控制器。

如欲了解更多信息，请与作者范良藻教授联系 Fax: 86-10-62628117; E-mail: fanpan@public.east.cn.net

这是1999年4月的文章

在电子杂志上看见有最低照度达1/1000的摄像头。不知道是否能达到这个水平

若能的话能不能视频输出星星的图象？

若要能达到这个水平，要多低照度？

出星星要是看几等了