思比科系列CMOS图像传感器应用方案

　　近年来，拍照手机、电脑摄像头（PC-CAM）、监控等领域飞速发展，需求量日渐增长，CMOS图像传感器（CIS）作为这些应用的核心元件，其市场需求也越来越大。CIS芯片集光电、模拟电路和数字电路于一体，其设计、生产、测试、封装以及最终应用与传统IC相比，都有其特别的地方，因此行业门槛也相对较高。

　　北京思比科作为中国本土企业，是唯一基于自主专利技术开发成功高端CMOS图像传感器芯片并实现规模化生产的企业，近几年开发成功了一系列高品质图像传感器芯片。以下针对拍照手机，PC-CAM和监控三个领域的应用，具体介绍思比科的系列产品。

　　1．拍照手机

　　拍照手机可以实现预览、拍照、回显、录像和回放的全部功能。从传感器应用的角度，拍照手机可以分为以下两类：第一类是 YUV型，即传感器输出标准的YUV图像数据，多媒体处理器接收后完成图像的编解码等后处理，传感器和多媒体处理器相对独立，SP80818（1/8 inch VGA）和SP82318（1/3.2 inch 2M）就是针对这种应用设计的。第二类是Raw Data型，传感器只输出原始数据，所有的图像处理和自动控制都由多媒体处理器来主导完成，SP80708（1/7 inch VGA）和SP83308（1/3 inch 3.2M）符合这种应用。以下分别介绍两种方案。

　　1．1 YUV型

　　YUV型的方案是目前中低端拍照手机普遍采用的一种方案，主要集中在VGA，1.3M和2M的拍照手机，要求传感器输出标准的YUV数据。传感器除了完成图像采集的功能外，还要完成图像处理和图像转换的功能。图1是SP80818和SP82318的结构框图以及YUV手机的结构图。其中传感器核（Sensor Core）部分包含有感光阵列、曝光控制和读出电路、可变增益放大器（PGA）和模数转换器（ADC），主要完成图像采集功能。传感器核输出的原始图像数据送到图像处理器（ISP），ISP完成一系列图像处理和图像转换功能，主要包含以下处理：灰度补偿、数字增益和白平衡、镜头阴影修正、坏点检测和修正、彩色插值、平滑处理和轮廓增强、GAMMA校正、色彩校正、亮度、饱和度和对比度调节、图像尺寸变换、色彩空间转换、图像数据打包输出。控制模块完成自动曝光控制，自动白平衡，50Hz/60Hz闪烁检测等功能，对传感器核和ISP进行控制，以及和多媒体处理器的通信（多媒体处理器通过串行总线接口访问传感器内部寄存器，实现对传感器的控制。）

　　图1： YUV传感器SP0818和SP2318的结构框图及应用。

　　虽然绝大多数主流的传感器设计公司都是按照以上功能来设计自己的产品，但由于设计能力和所采用的工艺性能的不同，市面上产品的性价比仍然会存在较大的差距。

　　思比科在设计这些产品之前，已经做了大量的基础研究，从工艺，算法到电路原理都有了很多的突破，形成了以 SuperPix和SuperImage为核心的技术特点，相关专利已经达到数十件以上，SuperPix技术具体体现在高性能的像素单元（Pixel） 设计，高精度、高速度和超低功耗的CDS电路，PGA电路和ADC电路设计；SuperImage技术则主要包含一系列效果优良、实现简洁的算法，如自动白平衡，自动曝光控制，彩色插值，平滑去噪，轮廓增强等。

　　YUV方案的优点在于照相模块的独立性和灵活性。工程师很容易完成不同的传感器和多媒体处理器之间的对接，而复杂繁琐的图像调试工作已经由照相模块的供应商完成，工程师只需要将多媒体处理器中传感器的配置参数更新就可以得到理想的图像效果。

　　然而，随着手机市场的竞争加剧，客户对传感器的性价比要求越来越高，这种方案的缺点也越来越明显。由于传感器工艺的特殊性决定了在设计和制造过程中，不能使用超过4层的金属连线资源，这将大大增加逻辑关系复杂的图像处理电路的面积，从而增加传感器的成本。而另一方面，为了降低成本，传感器的感光单元尺寸越来越小，为了得到更好的图像质量，需要越来越复杂的算法对图像进行处理。基于以上原因，ISP的功能已经开始从传感器转移到多媒体处理器。对于规模庞大的多媒体处理器来说，ISP的集成对其成本不会有明显增加，而传感器的成本则有大幅度下降。因此？Raw Data方案也越来越被关注。

　　1．2 Raw Data型

　　Raw Data型方案是最有争议的一个方案，系统只要求传感器输出原始数据，后端多媒体处理器完成所有ISP和图像编解码等功能，和普通的数码相机的解决方案一样，而多媒体处理器则类似于数码相机中的核心处理器。 SP80708和SP83308就是基于这种应用方案设计的，其结构框图见图2。

　　图2：Raw Data传感器SP0708和SP3308的结构框图。

从结构上看，Raw Data型传感器实际是YUV 传感器去掉