ISP（七） CMOS图像传感器内部结构及工作原理_cmos sensor内部结构及工作原理(1)

3、 列扫描寄存器，对于每一行像素，一个个的激活像素的列选址晶体管。

4、 读出信号，并进行放大。
图1.2 CMOS传感器信号读出示意图

二、图像传感器像素结构

CMOS传感器上的主要部件是像素阵列，这是其与传统芯片的主要区别。每个像素的功能是将感受到的光转换为电信号，通过读出电路转为数字化信号，从而完成现实场景数字化的过程。像素阵列中的每个像素结构是一样的，如图2.1是典型的前照式像素结构，其主要结构包括：

1、 On-chip-lens:该结构可以理解为在感光元件上覆盖的一层微透镜阵列，它用来将光线聚集在像素感光区的开口上。可以增加光电转化效率，减少相邻像素之间的光信号串扰。

2、 Color filter：该结构是一个滤光片，包括红/绿/蓝三种，分别只能透过红色、绿色、蓝色对应波长的光线。该滤光片结构的存在，使得每个像素只能感应一种颜色，另外的两种颜色分量需要通过相邻像素插值得到，即demosaic算法。

3、 Metal wiring：可以为金属排线，用于读出感光区的信号（其实就是像素内部的读出电路）。

4、 Photodiode：即光电信号转换器，其转换出的电信号会经过金属排线读出。

图2.1 像素结构

其中，Photodiode和Metal wiring对CMOS传感器的性能影响最大（比如光电转换效率，读出噪声等），也是目前主流传感器厂商注重提高的工艺。为了方便叙述，下面将Photodiode和Metal wiring简称为Pixel（即包括每个像素内的感光区域和读出电路）。

Passive Pixel

最简单的Pixel结构只有一个PN结作为photodiode感光，以及一个与它相连的reset晶体管作为一个开关（如图2.2）。它的工作方式如下：

1、 在开始曝光之前，该像素的行选择地址会上电（图中未画出），从而RS会激活，连通PN结与column bus。同时列选择器会上电，此时PN结会被加载高反向电压（例如3.3 V）。在Reset（即PN结内电子空穴对达到平衡）完成后，RS将会被停止激活，停止PN结与column bus的连通。

2、 在曝光时间内，PN结内的硅在吸收光线后，会产生电子-