用于各类摄像应用的高速CMOS图像传感器

重影的消除

　　超高速图像传感器中的一个重要问题是x方向上的重影。这是由片宽模拟总线的相对较大的RC常数所引起的。对于总线上的信号，由于处理10比特的精度所用的时间较长，故上一个像素的部分信息可能滞留到当前像素上。这就在图像中导致了的x方向上的重影。这种重影在后续的图像处理中很难校正。

　　解决该问题的一项技术是，在每个新的信号之前对总线进行短暂的预充电。这样就保证了有关前面像素的所有信息被洗掉。该技术要求产生短期预充电脉冲。这些脉冲用来将模拟总线短路到地。绝大多数的成像器是根据客户产品的需求来制造的，因为目前没有将这类超高速成像器产品变成通用产品的真正需求。客户的应用范围从VGA到10Mpixel，帧率从500fps到10,000fps，数据吞吐率高达5.5Gpix/s。图4给出一个典型的超高速图像传感器架构。两个半球被并行读取，每个的并行模拟输出为64路。总的加起来是128路高速并行模拟输出。

图4：一个典型的超高速图像传感器架构

　　应用需求：体积小且易于设计

　　与之前的非常复杂的(且体积大)的、围绕传感器设计的摄像系统相反，市场上对小型的且易于实现的高速图像传感器的需求正在增加。

　　高速成像器已开始用于几个准消费类应用，如扫描、视觉系统以及全息数据存储。下图所示的是一个典型的全息数据存储应用，其中就用了成像器。

图5：全息数据存储及其高速成像器

　　这些应用要求板上的图像传感器具有许多系统功能。这就是为什么将ADC、定时产生、图像处理以及一些输出电路集成到芯片上的原因。对于这类成像器，集成的功能与灵敏度和速度一样重要。绝大部分这类成像器还是根据客户的利于简化其高速摄像机设计的特殊功能来定制的。下图给出了这类高速成像器的一个典型架构。这类成像器通常只有时钟输入，一些电源和一些同步引脚。所有其他需要读取并送给成像器的信号都将在芯片内产生。

图6：具有许多片上逻辑和附加功能的典型高速图像传感器的架构

　　通用的高速图像传感器

　　市场上我们所看到的第三类高速图像传感器是通用的高速图像传感器。其应用从机器视觉摄像到交通监控、科学试验运动捕获以及撞击测试检查。早期的这类通用高速图像传感器的构成只包括并行的的超高速成像器)。但最近，我们看到有许多功能在片上实现，目的是使成像器可以被用于各种不同的应用(如多斜率、欠采样、进仓、翻页(flipping)，镜像、增益、补偿等)。

　　如今，正在研发能够提供1.3MPxl速率，帧率为1000fps的高速球星快门图像传感器。特别是这类传感器具有流水线的快照快门功能，以及多斜率功能。这些片上功能也因不同的传感器而异。

图7：通用高速成像器适用的各类应用

　　有几种不同类型的高速图像传感器，用来满足当前市场上的不同需求。超高速图像传感器是真正的模拟图像传感器，具有非常高的帧率和数据吞吐率，适用于复杂的--因此也主要是客户定制的摄像机设计。具有许多板上功能的高速图像传感器提供许多特殊的板上功能，这些功能有助于设计师将成像器植入他们的高速摄像机的设计中，更适用于面向客户的应用。这些功能是根据客户的要求实现的，故也主要用于定制设计。

　　最后，通用的高速图像传感器结合了上述的图像传感器的绝大部分通用功能，使之成为通用的图像传感器，可以用于广泛应用的摄像机中。这类图像传感器如今都是商用现货供应。市场趋势是，板上功能的集成度、数据率、以及分辨率都将继续提高。未来设计师的真正挑战将是如何实现传感器超高数据率与像LVDS和图像处理这类的板上功能的完美结合。

图8：高速图像传感器应用的一些实例