CMOS圖像傳感器和CCD傳感器，工作原理類似。CMOS圖像傳感器并不像CCD那樣把光生電荷移至電荷電壓變化器，而是直接檢測每個感光單元下的電荷。對CMOS來說，可以理解為把電荷電壓轉換電路集成到了每個MOS 電容上。與CMOS圖像傳感器相比，CCD具有優(yōu)良的動態(tài)范圍、較小的背景噪聲和較高的光靈敏度。不過，CMOS傳感器對功率的要求比CCD要低很多，而且CMOS傳感器的成本比CCD的低。在一些不要求高分辨率和低背景噪聲的場合，CMOS用的比較多，像現(xiàn)在的中、低端手機的攝像頭，基本都采用的是CMOS圖像傳感器。分析儀器、天文觀測儀器、高檔數(shù)碼相機一般都是采用的CCD圖像傳感器。

CMOS圖像傳感器具有以下幾個優(yōu)點：1)、隨機窗口讀取能力。隨機窗口讀取操作是CMOS圖像傳感器在功能上優(yōu)于CCD的一個方面，也稱之為感興趣區(qū)域選取。此外，CMOS圖像傳感器的高集成特性使其很容易實現(xiàn)同時開多個跟蹤窗口的功能。2)、抗輻射能力?？偟膩碚f，CMOS圖像傳感器潛在的抗輻射性能相對于CCD性能有重要增強。3)、系統(tǒng)復雜程度和可靠性。采用CMOS圖像傳感器可以大大地簡化系統(tǒng)硬件結構。4)、非破壞性數(shù)據讀出方式。5)、優(yōu)化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元結構中集成了多個功能晶體管的原因，CMOS圖像傳感器也存在著若干缺點，主要是噪聲和填充率兩個指標。鑒于CMOS圖像傳感器相對優(yōu)越的性能，使得CMOS圖像傳感器在各個領域得到了廣泛的應用。

CMOS可用來制作電腦電器的靜態(tài)隨機存取內存、微控制器、微處理器與其他數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)以及用于光學儀器上，如CMOS圖像傳感器。

圖像傳感器的作用是將入射光(光子)轉換為可以查看，分析或存儲的電信號，并且圖像傳感器可以根據結構類型可以分為：前照式、背照式和堆棧式。

CMOS圖像傳感器的作用：

· 光電轉換：將光信號轉換為電信號;

· 電荷積聚：收集產生的電荷作為信號電荷;

· 信號轉移：將信號電荷移動到檢測節(jié)點;

· 信號檢測：將信號電荷轉換為電信號(電壓);

· 模數(shù)轉換：將電壓信號轉換為數(shù)字信號;

ISP模塊作用：將CMOS圖像傳感器采集的原始圖像(通常為Bayer格式)經過ISP pipeline處理流程轉換為較高質量且可以顯示的YUV格式圖像。

CMOS傳感器芯片結構

CMOS圖像傳感器芯片通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數(shù)據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，如圖所示。這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上，其工作過程一般可分為復位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

首先，外界光照射像素陣列，發(fā)生光電效應，在像素單元內產生相應的電荷。

行選擇邏輯單元根據需要，選通相應的行像素單元。行像素單元內的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳輸?shù)綄哪M信號處理單元以及A/D轉換器，轉換成數(shù)字圖像信號輸出。其中的行選擇邏輯單元可以對像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功能。

模擬信號處理單元的主要功能是對信號進行放大處理，并且提高信噪比。另外，為了獲得質量合格的實用攝像頭，芯片中必須包含各種控制電路，如曝光時間控制、自動增益控制等。為了使芯片中按規(guī)定的節(jié)拍動作，必須使用多個時序控制信號。為了便于攝像頭的應用，還要求該芯片能輸出一些時序信號，如同步信號、行起始信號、場起始信號等。

基本參數(shù)

· 傳感器尺寸：傳感器對角線的長度(英寸)。傳感器尺寸越大，成像系統(tǒng)尺寸就越大，可以捕獲的光子就越多，感光性能越好，信噪比越低;

· 填充系數(shù)：像素中感光區(qū)域面積與像素面積的比率(有效像素面積/總像素面積);或者微透鏡的覆蓋率;

· 像素總數(shù)和有效像素數(shù)：像素總數(shù)是指所有像素的總和，像素總數(shù)是衡量CMOS圖像傳感器的主要技術指標之一。CMOS圖像傳感器的總體像素中被用來進行有效的光電轉換并輸出圖像信號的像素為有效像素。顯而易見，有效像素總數(shù)隸屬于像素總數(shù)集合。有效像素數(shù)目直接決定了CMOS圖像傳感器的能力;

· 分辨率：圖像傳感器對景物中明暗細節(jié)的分辨能力，通常用調制傳遞函數(shù)(MTF)來表示，也可以用空間頻率(Ip/mm)表示;

· 像元尺寸：也就是像素的大小，是指芯片像元陣列上的每個像素的實際物理尺寸，像元尺寸從某種程度上反映了芯片的對光的響應能力，像元尺寸越大，能夠接收到的光子數(shù)量越多，在同樣的光照條件和曝光時間內產生的電荷數(shù)量越多。對于弱光成像而言，像元尺寸是芯片靈敏度的一種表征。

· 快門類型：全局快門和滾動快門

· 量子效率(QE)：是衡量某個顏色通道或者某個頻率/波長的光子轉換成電子的效率，在不同的波長上QE是不一樣的。

· 靈敏度：圖像傳感器對入射光功率的響應能力，CMOS采用電流靈敏度來反映響應能力，電流靈敏度是單位光功率所產生的信號電流。

· 滿阱容量：光子照射到圖像傳感器上時，被像素平面吸收的光子會被轉換為電子，這些電荷會在像素勢阱中積蓄，達到積累上限時，就不能進行光電轉換，將積累的最大電子數(shù)定義為像素的飽和電子容量，CMOS在此時的輸出數(shù)字信號成為飽和輸出。因此當噪聲一定時，滿阱容量越大，接收到的電子就越多，電訊號就越強，信噪比就越高，得到的圖像就越好。

· 動態(tài)范圍：由CMOS圖像傳感器的信號處理能力和噪聲決定，反映了CMOS圖像傳感器的工作范圍，是輸出端信號峰值電壓與均方根噪聲電壓的比值。

· 信噪比：是信號電壓對于噪聲電壓的比值，信噪比的單位為dB，信噪比越大說明對噪聲的控制越好。