CMOS Sensor 光到成像原理

    目前相机类型分为两种：CCD Sensor （Charge Couple Device 电荷耦合器件）和CMOS Sensor （Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物半导体）； CMOS Sensor的相机是我们现在日常使用最为主流的相机；CMOS使用两种晶体管（Pmos拉高&Nmos拉低）配合实现信号的快速切换，CMOS sensor 通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成。

  一、光电转换

  1.目前大部分的sensor都是以硅为感光材料制造的，Sensor感光的基本单元叫做“像点”每个sensor上承载了几百万甚至更多的像点，它们整齐、规律地排成一个阵列，构成sensor的像敏区。当可见光通过镜头入射到像点并被光敏区吸收后会有一定概率激发出电子的过程就叫做光电转换。

 2.量子效率

    光子激发出电子的概率，而光子激发出的电子会被电场（也叫势阱）破获并存储起来备用。当快门开启感光点的二氧化硅材料释放出电子，经由外部电压这些电子会被转移到不同极性的另一个硅层暂存起来，电子数量的多少和曝光的时候光点接收的能量成正比。

   接受光线的照射产生电荷→外加电压将电荷移往缓冲区→电荷转换成电压，电压经 ADC（模拟数字讯号转换器（ADC Analog to Digital Converter）；Analog→Sampling→Digital） 判读数字讯号→依顺序将信号移往缓存器。

二、像素点的成像

  1.主要由微透镜（将入射光线会聚到感光区），感光区（捕获光子，激发光生电子），势阱（用电场捕获、存储光生电子），电路（将电荷数量变换为电压信号，以及复位、选择、读出），Bayer CFA （彩色滤波器）。像素点的作用可以类比成一个盛水的小桶，它可以在一定范围内记录其捕获的光电子数，如果入射的光子太少则可能什么都记录不到，如果入射的光子太多则只能记录其所能容纳的最大值，多余的光电子由于无处安置只能就地释放，就像水桶盛满之后再继续接水就会溢出一样。溢出的自由电子会被专门的机制捕获并排空；光线就象雨滴撒入各个小 桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是按一定的顺序测量 一下某一短暂的时间间隔中，小桶中落进了多少“光滴”，并记在文件中。

2.像素的读出

  sensor 会使用一个行选信号(Row Select)和一个列选信号(Column Select)来选中一个存储单元(Pixel)，被选中的存储单元与输出放大器联通，将其存储的电荷数转换成电压值输出到阵列外部。每个像素内置一个电荷放大器CVC将像素势阱中电荷的数量转换成电压信号，读出逻辑选中某一行，该行所有像素的电荷/电压放大器的输出信号与列输出信号联通，读出逻辑继续选中某一列，该列信号与可编程输出放大器（Output Amplifier）联通，被选中的像素的电压信号被放大一定倍数，放大后的电压信号经ADC转换器后变成数字信号，在sensor 内部经过一定的ISP处理，最后通过一定的接口协议（如MIPI）输出到外部