分析CMOS图像传感器的测距技术难题解决方案

　　传感器已广泛应用于航天、航空、国防、科技和工农业生产等各个领域中。例如，它在机器人领域中有着广阔应用前景，智能传感器使机器人具有类人的五官和大脑功能，可感知各种现象，完成各种动作。在工业生产中，利用传统的传感器无法对某些产品质量指标（例如，黏度、硬度、表面光洁度、成分、颜色及味道等）进行快速直接测量并在线控制。而利用智能传感器可直接测量与产品质量指标有函数关系的生产过程中的某些量（如温度、压力、流量等）。Cygnus公司生产了一种"葡萄糖手表",其外观像普通手表一样，戴上它就能实现无疼、无血、连续的血糖测试。

　　目前的汽车系统都是通过超声波传感器来计算距离的，但是世界上所有公司都在尝试成本更低的方法--用相机来计算距离。手机领域已经让数码相机实现了规模经济，这使之在成本上可以和模拟传感器相抗衡。（caeetd编辑）  abi research公司分析师david alexander指出："整个行业的人都想用数码相机代替更昂贵的超声波、激光雷达和雷达传感器，是因为数码相机成本如此之低，第二是因为不同的司机助手功能可以使用同样的相机甚至是同样的专用电脑芯片和软件来计算距离。"

　　机器视觉算法和3d相机能够实现很多功能，包括防撞、车道偏离报警和车道保持（使你返回原车道）、后向障碍物报警、行人监测、车距监测（让您的汽车和前面的车保持适当的距离）、夜视、自适应前灯调节、交通/限速标志识别和盲点监测等等。

　　alexander指出："我们已经有了2d相机进行车道偏离报警：能够探视车的前方，跟定车道线，探视四周并识别限速标志，监测盲点区域并在有车要超你的车时进行报警。而新的功能能在撞车发生之前意识到撞车事故，估算撞车的可能性，预先加载刹车并开启安全气囊。"

　　探秘canesta的CMOS图像芯片方案

　　canesta公司从1999年成立以来就一直致力于开发cmos图像芯片，经过7年的努力该公司终于开发成功了这种有前景的技术。canesta公司的cmos图像芯片能够在硬件上通过飞行时间式同时计算出成像芯片上的每个点，从而感应出汽车到每个物体之间的距离，而不像超声波传感器那样只能感应到汽车和近物体之间的距离。

　　alexander表示："canesta公司的方案前景一定不错，因为它只使用了一个相机，而且是基于cmos技术，这对于保持低成本来说是至关重要的。再加上使用了飞行时间式计算方法，它可以给汽车带来各种各样的功能。"

　　飞行时间（time-of-flight）式计算方法是指canesta是指使用了一个红外光源来照亮有不可见光的区域，通过使用cmos芯片上的硬件装置，机器视觉算法可以计算出该区域每一个点和汽车间的距离，从而轻松地给各种物体分门别类--从本质上来说，这是准确的计算，而不仅仅是感应。

　　canesta公司总裁兼执行官jim spare说："我们采用的是任何工厂都能做到的标准的0.18微米cmos制程。另外，我们的sunshield技术让我们可以不受光照条件的影响而感测到物体的深度，而不是在中途使用一个自适应式算法。"

　　sunshield能感应到每个点，真正同步感测每100微秒前后环境光之间的差别，而不像自适应软件算法那样需要花费几毫秒的时间来适应改变的光线环境。

　　alexander还指出："canesta的独特之处之一就在于它的sunshield技术，这个技术解决了使用相机的一个的问题--是否能在不断变化的光线环境下给汽车带来足够的安全性。我认为canesta确实意识到了这一点，但是要解决汽车功能上的各个问题，他们还有很多事情要做。我想，canesta可能会在2008年或者2009年推出款汽车3d相机。"

　　canesta在汽车领域的个产品，可能是新本田中所用的3d相机，这个相机安装在驾驶座，用来感测乘客的体形并控制安全气囊，包括可以给出一个"防睡眠"警报--区分司机的正常眨眼和因睡眠不足而开始闭眼两种情况之间的区别。

　　还有其它公司也在试制能够点对点探测物体深度的cmos图像芯片，其中值得一提的是international electronics&engineering s.a.另一个公司mob ileye则没有使用3d成像器，而是选择一个普通的2d相机结合其CMOS硬件加速器芯片来分析并计算距离。

　　近来CMOS图像传感器受到重视的首要原因在于过去大大低于CCD的灵敏度问题逐步得到解决的缘故。比如，此前一直图像传感器技术创新的索尼与松下电器产业于2004年就发表了包括灵敏度在内产品性能比过去大幅提升的CMOS传感器技术与产品。进一步值得关注的是美国美光科技等"新兴"海外厂商在CMOS传感器领域也取得了稳步的技术进步。

　　对于CMOS传感器的飞速发展，海外手机厂商也起了很大的作用。过去，日本厂商是图像传感器的用户，出于对画质的追求喜欢使用CCD.CMOS传感器厂商就趁此商机扩大产量，并以此推动了后续的技术开发。

　　CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元件，CMOS则应用于较低影像品质的产品中，它的优点是制造成本较CCD更低，功耗也低得多，这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同，但CCD和CMOS两者性能差距不是很大，只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些，但现在该问题已经基本得到解决。

　　一旦在灵敏度方面赶上CCD,各公司倾尽全力开发CMOS传感器也就不难理解了，因为与CCD相比，CMOS传感器具有更好的量产性，而且容易实现包括其他逻辑电路在内的SoC 产品，而这在CCD中却很难实现。为此拥有压倒性内存生产能力的韩国三星电子正在快速进行CMOS传感器的量产准备工作。观察一下日渐人气的CMOS传感器，不免令人想起在混合信号LSI市场的推动下，近正在迅速取代GaAs技术与硅双极技术的RF CMOS技术。

　　尽管CMOS图像传感器势头正健，但竞争对手的CCD开发人员也没有停止开发。回顾一下半导体的发展史就会发现，在新技术不断发展的刺激下，现有技术取得新进步的事例并不鲜见。闪存EEPROM对MRAM,英特尔低耗电版产品对全美达的低耗电微处理器"Crusoe",等等，可谓不胜枚举。CMOS传感器与CCD今后必将在相互竞争的过程中，不断实现技术进步。

　　图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类的日常生活的美景。以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展速度可以用日新月异来形容。短短的几年，数码相机就由几十万像素，发展到400、500万像素甚至更高。不仅在发达的欧美国家，数码相机已经占有很大的市场，就是在发展中的中国，数码相机的市场也在以惊人的速度在增长，因此，其关键零部件--图像传感器产品就成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为CCD、CMOS以及CIS传感器三种。本文将主要简介CCD以及CMOS传感器的技术和产业发展现状。