1。2 CMOS 与 CCD 图像传感器

CCD 与 CMOS 都属于面型（Area）的固态图像传感器，依靠 Si 的光生伏特效应来实现 光信息采集。然而它们的光生电荷读出方式截然不同，同时它们系统结构等方面的差异，也 在性能上有所体现。

1。2。1 CCD 图像传感器

经贝尔试验室成功研发出 CCD 图像传感数年发展，CCD 的像素级别已从初期的十多万

发展至今主流应用的 500 万[3]。

如图 1。1 所示，CCD 器件通过在硅基片上呈二维排列的光电二极管及其相应的电荷存储 区构成像素，经时钟与三组互异电源共同控制将与入射光强度及曝光时长成正比的信号电荷 在势阱间转换后，传输到 CCD 边缘进行放大处理，其实质是一种连续扫描工作的模拟移位寄 存器，运行速度较慢，电路也比较复杂。按传输方式分为帧/场转移（Frame Transfer，FI）型、 行间传送（Interline Transfer，IT）型和帧行间传送（Frame Interline Transfer，FIT）型，后者 被广泛利用。如图 1。2 所示，工作过程为：⑴光电转换、⑵电荷储存、⑶电荷转移、⑷电荷 探测。

图 1。1 CCD 图像传感器结构

图 1。2 CCD 图像传感器工作原理

1。2。2 CMOS 图像传感器

CMOS Image Sensor 的研究与 CCD 有共同的历史渊源，它们的核心都是感光二极管。不 同的是，CMOS 的像素元由光电二极管 PD 与 CMOS 开关组成如图 1。3 所示，通过 CMOS 开

关来转换选择来自各感光二极管的信号。同时 CMOS Image Sensor 利用了 CMOS 集成电路的 工艺，兼容超大规模集成电路 VLSI 技术，可以同时将 A/D 模数转换器、光电探测器、放大 器等元件集成到一块芯片，如图 1。4 所示。在这块单一的高集成度芯片上，可完成从收集光 信号到通过信号放大器后由 A/D 模数转换器将信号转换的全过程，这种类似于动态随机存储 DRAM（Dynamic Random Access Memory）的读取方式功耗小，且具有高速性。同时，大大 减少了生产成本及模块体积。除了上述优点外，CMOS 图像传感器利用 X-Y 选址的方式自由 选取像素点这一功能也使它在未来的市场上更具有竞争力[4]。

图 1。3 CMOS 图像传感器工作原理

图 1。4 CMOS 图像传感器组成结构

1。2。3  CMOS 图像传感器研究历史及发展

1。3 研究意义及内容

与传统的 CCD 相比，CMOS 传感器芯片集成度高，灵敏度高、功耗及成本低等，并能通 过数字处理器及之后的相关元件给出多层次、直观可视的光学图像信息，在现代信息发展社

会中愈发的重要，是人们生活中不可或缺的必需品。 本文所属的课题即来源于如上的背景和研究目的，在对多种 CMOS 传感器的输出电路学

习及分析后，从中选出最合适的结构输出机制，采用 PN 光电二极管及 N 型 MOS 管搭建了

CMOS 传感器，并利用记录的数据，做出三维图像。

1。4 本文主要构架安排

本文介绍了多光电探测阵列信号采集的设计，包括 PD 对光学图像信号单的采集以及放 大器、选择器等对信号的处理、单片机 STM32F103 接口配置和操作、KEIL 程序编写、电路 搭建、连接 J-LINK 仿真应用等。根据系统设计的考虑，将本文为以下五章，各章布局如下：

第一章为绪论，概述了图像传感器类型，介绍了两种主要的固态传感器 CCD 和 CMOS， 并简要给出了它们的构造及性能的区别，紧接着侧重介绍了 CMOS 传感器在国内及海外的发 展状况，指出了本文的研究意义和所期待达成的成果。文献综述