目前主流的影像传感器

目前主流的影像传感器（图像传感器）主要有CCD和CMOS两种。是数码相机、数码摄像头等产品的核心部件。CCD是电荷藕合器件图像传感器的简称，CMOS是互补性氧化金属半导体的简称，它们都采用高感光度的半导体材料制成。能把光线转变成电荷，然后转为信号。随着近几年半导体制造工艺的成熟，CCD/CMOS产品成本逐渐降低，主要体现在制造工艺上从5.2微米逐步向45nm演进，使得单位面积的CCD/CMOS能够承载更多的像素单位，目前市场上800万像素的数码相机已经很常见。在成本上跟电脑内存差不多，容量18个月翻一番，价格却在持续下降。CMOS技术发展迅速有可能成为未来主流当前CCD在成像质量上优于CMOS，所以在数码相机、医疗影像、卫星拍摄等对分辨率要求较高的领域CCD是主流，而另一方面由于CMOS采用标准的半导体生产工艺，生产成本低，耗电少，普遍用在手机和电脑摄像头。由于技术差异，CCD较多得用于静态影像，如拍照；CMOS则擅长于动态影像，如视频监控；另外CMOS还可以把一些周边电路集成到芯片中，在便携式设备中大量使用。Trends:ImageSensorTechnkal

Migration表一对比两种技术的未来发展趋势，笔者认为未来CMOS将是主流。我们可以从以下几个方面来进行思考：一、 CMOS影像传感器技术演进速度远远快于CCD技术。CCD技术的像素从5.2微米演进至1.7微米耗时12年之久，而CMOS技术完成这一变化则只用了3年时间。二、 从市场的扩张速度来看，CMOS也高于CCD，2006年预计图像传感器市场交货总额为7.12亿美元，总体市场份额中CCD出货量从40%减少到30%左右。三、 CMOS已经在成像的通透性、对实物的色彩还原能力等方面迎头赶上，总体性能的超越似乎只是时间问题。四、 目前CMOS已经主导手机拍照市场。CCD在过去三十年已经是成熟的技术，由于其技术的独特性，改进困难，在成本上已经很难与CMOS竞争，由于其必须采用高于10伏的电压，功率较高，很难集成到一些便捷式产品中。五、CCD技术主要掌握在日本人的手中，阻碍了技术的传播，而几乎一般的半导体制造商都可以制造CMOS,所以成本下降很快，也有利于技术进步。因此，CMOS取代CCD是市场的发展趋势，06年的时候，美光影像集团新市场开发总监PaulGallagher更是断言，CMOS技术将最终取代CCD技术，在未来4〜5年内，CCD市场将不断下滑，预计在10年后CCD市场份额将仅剩10%左右。全球市场竞争格局和近几年发展趋势目前CCD市场的主要厂商为索尼、夏普、松下等日本厂商，后来进入图像传感器领域的厂商基本上都采用CMOS技术，因为它采用标准的半导体工艺，技术门槛相对校低，并且技术进步快，被大多数公司看好。索尼牢牢占据着CCD第一大供应商的位置。跟CCD浓重的日本色彩不同，CMOS厂商则散布于美欧日等发达国家，以2007年为例，CMOS供应商按产值的排名如下：美国OmniVision、美国美光半导体、欧洲意法半导体、日本东芝、日本索尼。国内现状与思考中国在图像传感器领域目前还处于起步阶段，仍有很长的路要走，由于图像传感器属于半导体产业的一部分，因此，影像传感器的发展取决于国内芯片制造技术的进步。目前具有台湾背景的中芯国际、和舰科技、台积电等厂商在大陆的芯片厂已经颇具规模，欧美的因特尔、意法半导体也相继在中国大连和深圳设厂。根据最新的消息今明两年台湾有可能开放12英寸晶圆及0.13微米制程甚至90纳米制程技术到大陆投资，势必会进一步促进中国芯片产业的发展。在技术选择方面，无疑CMOS必选的方向，CCD技术一直掌握日本人手中，欧美发达国家厂商多年来都无法在该领域分一杯羹，我们应该吸取教训，选对方向。2007年IBM向中芯国际授权45纳米大批量CMOS技术，2008年10月中芯国际宣布成功开发0.11微米CMOS图像传感器工艺技术，在此工艺下生产的器件，其分辨率、暗光噪声和相对照度都将得到增强。无疑，中国本土厂商进军影像传感器产业的号角已经吹响！在可拍照手机中每个漂亮照片的背后，都有大量的电子/光学/机械处理“魔术”在上演着。而用户通常不留意这些处理“魔术”，因为它们静悄悄且不为人注意地进行着。本文讨论用一个可拍照手机内的CMOS传感器生成一个优异图像所面临的各种挑战。

LjamSubstrate图像的生成LjamSubstrate在一个胶片相机中，通过一个光学系统采集的光照射在一段胶片上，胶片经过曝光以及随后的化学冲洗过程。而在数码相机中，光依然是穿过一个带有多元件镜头和镜头筒的光学系统，不过此时这些光是照射在一个传感器行列阵上，该传感器阵由几百万个微小图像元素即像素组成。图1是一个数码相机的机械示意图。当光照射到该像素阵列上，穿过一个色彩滤波器阵列，确保只有蓝色、红色或绿色光真正到达适当的像素上。在每个像素上生成一个模拟信号，它再经过一个ADC被变换成一个数字信号。该信号随后穿过一个被称为图像子滤波器构成。管道（即I-Pipe）的部件，该部件由一系列使信号看起来像一幅真实照片的电子滤波器构成。图1：一个数码相机的机械示意图，其光学系I-Pipe调整白色平衡和色彩，并消除由拍照方法本身引入的某些异常。这些统和一个常规胶片相机的光学系统基本一致。异常包括镜头阴影、几何失真、偏离镜头中心的照片跑焦模糊和数字传感器噪声。安捷伦的I-Pipe还把该图像压缩成JPEG格式以便生成可迅速写入一个存储媒介的容量小且精确的压缩图像。对光进行预处理一个吸收性或反射性红外滤波器被用来阻止780纳米以上的红外辐射，而只让光谱的可见光部分通过。这确保图像传感器只关注人眼将看到的东西，并对色彩的完整度进行优化。如果不以这种方式截断红外光，它就可能引起模糊并降低镜头所拍图像的清晰度。一个微镜头还用来预处理下落光，以便这些光被尽可能地折射进垂直方向的像素中。该微镜头提高了该像素的感光度，它通常位于色彩滤波阵列的正上方。色彩滤波器阵列一一Bayer滤波器光电二极管对亮度很敏感但对色彩不敏感。因而，必须采用某种机制，通过人工调整使其对特定的色彩敏感，以便这些色彩可以最终能够展现在人眼前。一个色彩滤波器阵列可用来确保每个传感器像素接收到的只是一种颜色的光：典型的是红色、蓝色或绿色。有多种不同的模式可用于色彩滤波器阵列。基于人眼感觉颜色的方式，以及人眼对绿色的敏感度是对红色和蓝色敏感度的两倍这个事实，意味着为了模仿人眼感觉，相机需要更多的绿色像素。图2：人眼对绿色的敏感度是对红色和蓝色的两倍"■在图2所示的Bayer模式中，一行蓝色和绿色滤波器与一行红色色彩滤波器采用一行蓝色和绿色滤波器与一行红色和绿色和绿色滤波器相交替，其结果是所具有的绿色像素比蓝色和红色滤波器相交替’使得绿色像素是蓝色、红色像素的两倍。多出一倍。Bayer滤波器的原始输出是一个亮度不同的蓝色、绿色和红色像素组成的马赛克图，其亮度变化取决于照射在一个特定像素上的光亮度。

去马赛克效应和白色平衡当该色彩滤波器阵列生成一个图像时，四个独立的像素决定一个单一像素的颜色。这形成一个看起来不像真实图像的分离色彩马赛克图。除非通过一种去马赛克效应的算法，利用目标像素最靠近的若干像素颜色值的平均来接近目标像素的真正颜色。不加任何修正的话，日光灯下拍摄的一张图片也许看起来太绿，而日落时户外拍摄的一张图片也许看起来就会有些偏橙色。自动白色平衡(AWB)修正确保图像中的白色对观看者来说看起来是真正的白色。图像复原：去除有害的干扰在CMOS或CCD传感器中，有几个噪声源加到图像上，必须将它们去除或者至少是削弱。这些噪声源是：图像复原：去除有害的干扰固定模式噪声，它在每张图片中产生相同的噪声模式。减弱这个固定模式噪声的方法是：通过相机取一个“暗曝图3：一个微镜头用于把进入像素的光线尽可能折射到垂直方向上。光''读数(即没有光照下的曝光)，并随后去减一个正常曝光较高端的传感器采用一个辅助的微镜头把这个光再次弯曲，进一步值。该暗状态的输出电流是没有光照条件下产生的平均输下移像素，从而把窜入邻近像素并引起窜扰噪声的几率降到最低。出电流，并将包含光电二极管的漏电流。随机噪声，它可能由环境温度变化引起。一个较高的温度通常会引起更多的电子离开其轨道并在传感器中产生随机噪声信号。传感器电路的散热使其进一步恶化。如果夏天时把可拍照手机放在一辆汽车中，那么它所拍照片的噪声将比在一个带空调建筑物内所拍照片的噪声高得多。像素窜扰，在进入一个像素的光窜到一个邻近像素时，就会产生一片'混浊”，比如说当一个红色像素使其红光窜入一个邻近的蓝色像素时，就会导致蓝色像素中的信号不正常地增强，而红色像素中的信号的图像信息则丢失。高端传感器采用一个辅助的微镜头把这个光再次弯曲，进一步下移像素，从而把窜入邻近像素并引起窜扰噪声的几率降到最低。完重的目动白平凿MIKOFFGND如*日Vdo1a哩芯愦TT挪瘀爵止模式］ 完重的目动白平凿MIKOFFGND如*日Vdo1a哩芯愦TT挪瘀爵止模式］ 割■寄律器 1 星行理制隆口VSVNCHSYNCVCLK□0□1□2D3□4D5DGD7SDATASCLK图4:一个完整成像系统的框图，图中显示了对来自图像传感器的原始输出所采取的各种形式的处理。像素的个数只是信息捕捉能力的一个衡量。一般来说，一个较大像素的信噪比会比一个较小像素的要高，因为它有更多的面积来采集光，从而捕捉到更多的光子，因而相对于所存在的总噪声，所产生的有用信号更大。敏捷的缺陷修正在一个传感器上总会有一些像素不符合制造工艺，它们存在光学瑕疵和电气缺陷。这可能产生视觉效果的不理想，导致对入射光的不一致或非线性响应。I-Pipe确定一个像素是否有缺陷的做法是测量其输出，然后将它同邻近几个像素的平均值进行对比。如果差值大于一个特定的容限，那么该像素就“标记”成缺陷像素，其输出就不再有效。在目标像素位置的缺陷像素输出值可以通过邻近各像素的输出值进行内插获得，然后对其求平均，作为该缺陷目标像素的一个替代输出。改善退化的图像分辨率或清晰度迄今为止，我们已经明白光线是如何穿过一个光学镜头、一个Bayer阵列以及一个或多个微镜头。随后通过去马赛克效应、内插、抗晕影、缺陷修正等技术重新生成一个人们熟悉的图像。完成这么多'非自然的”电子动作会导致最终图像的清晰度比原有的要差。而原有的更逼真的清晰度可以通过给输出加入一部分高通信号（即只有高频）来获得。噪声锐化可以减小或增加，这取决于实际加入的高频信号的量。晕影修正晕影是由于镜头和镜头筒的缘故在图片边沿产生的阴影或黑影。晕影修正技术通过把边角的亮度比修正到图片中心处的亮度比，弥补了这个缺陷。改善图像的后处理增强功能通过提高明暗区域的对比度可以改善图像效果，从而改善所感知的图像的丰满度和色彩质量。安捷？？司在其CMOS图像传感器内采用了一种名为自适应色彩调和映射的技术，通过扩展动态范围来产生更真实、更丰富的色彩。边缘图像采用自适应色彩调和映射技术，通过自动调整色彩调和映射来改善亮度和对比度。这一技术提高了明暗区域的对比度，修补欠曝光和过曝光的图像，从而产生更明亮逼真的色彩重现。完整的成像系统在一个完整的成像系统（图4）中，可以看到I-Pipe图像处理的各个阶段。即在图像输出到显示器或存储到存储器之前，图像信号必须经过净化、成形和放大处理。诺基亚N8具1200万像素采用1/1.9英寸CMOS图像传感器通常而言，过去包括索尼爱立信和诺基亚推出的一些1200万像素手机或是800万像素手机大都采用的是1/2.5英寸的CMOS图像传感器，而为了获得更理想的成像质量，诺基亚这次在传感器尺寸上进行了新的突破。尽管目前还没有官方数据出炉，但根据海外媒体的分析，这次诺基亚很可能在该机之上使用的是1/1.9英寸CMOS图像传感器，其传感器面积几乎是索尼爱立信U1i等手机的一倍以上。而在同等条件下，传感器尺寸面积越大，所带来的影像质量和效果越好。3200元在拍照手机领域，三星拥有绝对的优势。最近三星又推出了一款高端拍照手机M8910O做为M8800的升级版本，这款手机更加轻薄，并且将多媒体功能与3G网络完美融合，是一款集拍摄、欣赏、分享为一体的新型便捷拍摄终端。

该机最强悍的就是它的拍摄性能了。内置了1200万像素数码相机、28mm专业广角镜头各种拍摄性能均领先行业水准。最大支持ISO1600、7级感光调配，且自带闪光灯（氙气灯+PowerLED），保证了夜景下的轻松拍摄。支持自动、美化、微笑等模式，以及夜间拍摄、运动等14种场景。还能自动对焦追踪，触控即可锁定运动目标。可拍摄最大分辨率为3000x4000像素的图片，并可9张连拍，制作个性动画片。即便功能如此复杂，M8910却可实现2秒快速存储。如此强大的性能不禁让人连连惊叹，手机拍照王者当属三星。

在便携性上，M8910设计也十分人性化。它在后盖上设计了防滑突起，还首次应用了拍照瞬间启动按键一一在屏幕锁定状态下，可在1.4秒内迅速启动相机。所有拍照功能键均使用虚拟按键，节省了操作时间。而机身仅为108x53x13.8毫米，重量仅有119g，也提升了其便携实用性，大大方便了应急拍摄。另一方面，M8910U拥有3.1英寸1600万色WVGA(480x800)级AMOLED触摸屏。虽然没有多点触控功能，但能实现三星自创的单指缩放，使用更加方便。待机画面可以自定义图标，这一点应该是学习了iPhone。M8910U也是一款WCDMA网络3G手机，支持HSDPA高速传输，拥有前置摄像头，能即时上传照片，并轻松完成高速下载。三星M8910可以说是拍照手机中的王者，在千万像素级别的手机中，与索爱U1上演了一场巅峰对决。机型：索爱SatioU1像素级别：1200万参考价格：4000元如果有个关注排行榜，索尼爱立信今年首推的千万像素级拍照手机SatioU1,关注度一定排在前几位。U1不仅搭载1210万像素摄像头，还采用了塞班S60智能操作系统，机皇级的性能让人们趋之若鹫。不过这样级别的手机售价也是相当高昂的，所以虽然性能诱人，持观望态度的人仍不在少数。SOn^E*iCSf,critnv atSOn^E*iCSf,critnv atU1采用了直板触控、四围圆角的设计模式，镁合金外壳，极富前卫质感，高强度的防划面板也保证了产品的耐用性。机身尺寸为112x55x13mm，手感不错。U1的屏幕也是让人称道的，3.5英寸的AMOLED触控显示屏，屏幕色数为1600万色，16:9的宽屏设计以及360x640的分辨率，带来超细腻的显示效果。炭SB威U1的1200万像素摄像头，配有配备手动镜头盖，氙气闪光灯和F2.8大光圈，并具备了自动对焦、面部识别、微笑快门、影像视频防抖、数码变焦、曝光补偿及高分辨率视频拍摄等功能，支持最大像素为640x480像素VGA

视频拍摄。该机采用的SymbianS605.0系统的操作平台，软件支持资源非常丰富，但用户界面依然保留了索尼爱立信一贯的风格。内置处理器主频达到600MHz，运行内存为132M。此外GPS导航功能、WIFI以及micro-SDHC存储卡扩展功能也全部具备。作为索尼爱立信目前的旗舰产品，U1将智能操作系统与强大的拍照功能完美地融合在一起，即使自身的千万像素也掩盖不了它作为全球顶级手机的光芒。喜欢的朋友可以进一步关注这款恐怖手机的详细性能。机型：夏普SH-06A像素级别：1000万像素参考价格：3600元走在潮流时尚尖端的夏普，在拍照功能上自然也不愿落后。去年夏天夏普推出了两款千万像素手机，其中之一就是夏普SH-06A。该机延续了夏普经典造型，时尚优雅。配备了3.3英寸1677万色NewMobileASV液晶，480x854像素的超高分辨率令显示画面更清晰鲜艳。除了防偷窥功能之外，当屏幕180度反转时则将自动启动触控操作模式，无论是功能操控还是触控聚焦都可随心所欲。

夏普SH-06A手机的拍照功能确实强大，不管是硬件配置还是软件功能，该机表现堪称完美。拥有28毫米广角镜头和1000万像素CCD感光组件、高亮度LED闪光灯，支持数码、光学变焦，自动对焦、微距拍摄、晃动补正、全景拍摄、多点自动聚焦、支持6轴防抖补正、白平衡及曝光补偿调节、支持“ProPi图像处理器、可达5人的面部识别及微笑快门、逆光补偿（搭载Apical公司开发的"DynamicRange"图像处理技术，可以在逆光等光线反差较大的情况下，排除更理想的照片画质），最大支持3648x2736分辨率。这样的性能表现让人不禁怀疑，到底是手机搭载DC，还是DC附带手机。

夏普SH-06A代表了现如今日本手机行业发展的水平，千万像素的CCD镜头和追踪对焦、转身拍照等一系列特色功能让SH-06A的拍照功能所向披靡。另外，夏普SH-06A还支持GPS和电视功能，应用功能十分丰富。并且还拥有前置摄像头，支持WCDMA的3G标准，可以进行视频通话。这样一款外形时尚，功能强大的SH-06A，相信自上市就要开始大肆掠夺女生的目光了。机型：诺基亚N86像素级别：800万参考价格：2800元

诺基亚在拍照手机这一领域似乎动作比较迟钝。直到目前为止诺基亚还没有千万像素级别的手机，也没有发布相关的新闻，仅有一款800万像素的N86支撑门面。简单来讲，诺基亚N86就是N85的直接升级版，也是诺基亚旗下首款800万像素拍照手机，它的官方正式型号是诺基亚N868MP。它首次也是唯一采用了28mm广角镜头和双LED闪光灯，支持调节光圈F2.4/3.2/4.8。在诺基亚N86的卡尔■蔡司摄像头旁边增加了类似于诺基亚N96的视频播放支架，可以帮助用户方便的观看视频。不过，没有超越千万像素的摄像头，也没有配备氙气闪光灯，诺基亚仍然没有逾越三星与索尼爱立信拍照手机的高峰，难免让众多粉丝感到有些遗憾。在外观方面，这款手机拥有一款2.6英寸1600万色240x320像素的AMOLED材质显示屏，这种材质不仅保证了屏幕的清晰画质，在一定程度上也降低了能耗，提升了整体的续航能力。拍照方面，不仅有800万像素的摄像头，并且还采用了28mm的广角镜头，支持双LED闪光灯，20倍数码变焦，配合多种拍照辅助功能。这在诺基亚手机中是绝无仅有的，拍照效果令人相当满意。

此外，还采用塞班S60第三版操作系统，机身内存高达8GB,还支持16GBmicroSD卡扩展。N86在视频播放中支持多种主流音乐格式的文件播放。同时他还将支持N-Gage游戏，另外这款手机拥有3.5毫米耳机接口，GPS、WiFi功能也一个都没有落下。诺基亚N86内置最新版本的诺基亚地图(NokiaMaps)以及完整的Ovi服务组合，为人们提供了广阔的图片和视频空间。其他方面，诺基亚N86也是走在时代尖端。它具有许多网路规格，包括WCDMA/HSDPA、WLAN,当然也有GPS以及蓝牙、N系必备的3.5mm耳机孔N868MP内建的8GB记忆体可尽情装载许多音乐、影片；如果嫌8GB不够的话，它当然也支援扩充microSD卡，最大支援16GB，也就是说手机最大可拥有24GB的空间。机型：LGGC990Louvre像素级别：1200万参考价格：3900元去年夏天华沙的产品展览上，