CMOS概述
任何CMOS成像系統都由有源像素區和光電探測器部分組成捕獲光子並將其轉換成非常小的光電流或電子。不同的部分讀出數據，包括ADC、模擬信號處理、用戶接口數字邏輯、定時、，毫微微放大器範圍內的少量光電二極管電流在曝光時間（快門的打開）轉換成少量電荷ADC的電壓。
電路原理
Example of a 4 Transistor Design：
三維堆疊視圖View
一、CMOS動態範圍
1、基於Linlog感光技術的CMOS動態範圍擴充(實際爲多段式像元-感光方案)
LinLog感光技術是瑞士Photonfocus公司 在工業CMOS傳感器開發中創新的專利技術，將傳感器的 像元放大器增益特性設置爲多段類對數特性 ，使其動態範圍大大提高，最大動態範圍可達 120 dB(一般的數字CCD 工業相機的動態範圍最高只有 80 dB)12)。CMOS傳感器工作在線性響應模式時，和 CCD 一樣動態範圍較小,傳感器很快會飽和。對數響應模式時,CMOS 相機有非常大的動態範圍，但其在低照度時靈敏度會降低,致使低照度區域成像質量嚴重降低，對比度很低，模糊不清。LinLog 感光技術使傳感器僅在接近飽和及飽和區域爲對數壓縮響應，而保留其在低照度區域的線性響應和靈敏度，所以既擴展了整個傳感器的動態範圍，又保證了低照度區域成像的質量。圖1表示出線性響應、傳統對數響應與 LinLog 響應曲線的區別。
運用 LinLog 感光技術後，較暗的熔池中後方又城圖像對比度減小，爲了增強這個區城的細節信息，在 Linlog 感光技木的基礎上配合應用 Skimming 技木，它爲低亮度區城提供了一種可調的對比度增強方法，與LinLog 感光技術一起,可實現低亮度區域高增益響應,稍亮區城正常線性響應，高亮度區域對數壓縮響應、得到單調平滑的響應曲線、如圖3 所示。Skimming技術使熔池圖像中後方區域圖像局部對比度增強，熔池起伏和氣泡等細節信息清晰可見，其數值越大,對低亮度區域的對比度增強效果越明顯。
Reference
鏈接: https://pan.baidu.com/s/19bpu9OfC6vZAoTr8pt1Yjg?pwd=tvkn 提取碼: tvkn
二、高速CMOS相關技術
1、高速攝像Binning技術介紹
在通常的CMOS讀取方式中，由於像素讀取規模的差異，不同的分辨率對應不同的幀率。在通道帶寬固定的前提下，想要提高幀率就要考慮是否需要縮小視野（外圈裁切）。若不希望視野縮小，需要減少採樣的分辨率。
常用的減少分辨率的兩種方式是下采樣，即Skipping（跳採樣）和Binning（合併讀出）。通過選取視野中的像素點，抽取指定像素點來降低分辨率。在Skipping模式中，並不會對所有行列的像素點進行採樣，這樣才能獲取非原始分辨率的圖像（降低的分辨率圖像），而行列數據是成對讀取的。
如下圖爲Skipping模式舉例：
Binning是一種圖像讀出模式，將相鄰的像元中感應的電荷被加在一起，以一個像素的模式讀出。Binning分爲水平方向Binning和垂直方向Binning，水平方向Binning是將相鄰的行的電荷加在一起讀出；垂直方向Binning是將相鄰的列的電荷加在一起讀出，Binning這一技術的優點是能將幾個像素聯合起來作爲一個像素使用，在Phantom高速攝像機的應用中，Binning Mode採用的是2x的Binning，即長寬縮短爲原本一般，輸出分辨率降低爲原本的1/4。
Binning模式的優略勢：
- Binning Mode 優勢：能夠在視野面積和比例不變的前提下提高幀數，同時也可以提高暗處對光感應的靈敏度。
- Binning Mode 劣勢：降低輸出圖像解析力，只能輸出單色圖像。
三、CMOS供電電源的選擇
PSRR提供了LDO如何抑制紋波或如何阻擋噪聲的度量僅在LDO的輸入處由供電軌產生。PSRR越高，噪聲越大或者可以從電源阻斷紋波。這些漣漪的來源可以來自具有50/60 Hz紋波的輸入電源，DC−DC的開關頻率，或由於共享而產生的紋波不同電路之間的輸入電源。
LDO的反饋迴路通常控制系統的PSRR，頻率小於100 kHz，因此確保選擇了正確的LDO。對於100kHz以上的頻率無源元件和PCB佈局/放置的適當選擇控制PSRR。
設計PCB時應注意，以減少緊電流回路寄生電感和電源軌和相機軌之間的波紋。在Vin和Vo之間使用乾淨的偏置軌或更高的淨空也可以增加PSRR性能能力。低PSRR性能或模擬軌上的任何噪聲都會導致電源上的噪聲軌道通過高增益源極跟隨器放大器電路進入輸出信號路徑，導致在捕獲的圖像中出現不希望的水平波紋。
正常LDO在高頻時具有較低的PSRR，這應足以滿足標準相機，但具有50–200 MP範圍內的高分辨率和高幀速率圖像傳感器，確實需要一系列特定的LDO，其高PSRR在較低的頻率下大於90 dB頻率範圍（最高10 kHz），在1−3 MHz頻率範圍內大於45 dB幀速率和行速率轉換期間的波紋。
Reference
Understanding Challenges in Powering High Resolution, High Frame Rate CMOS Image Sensors 密碼：v6kj
Image Sensor Handling and Best Practices 密碼：bac2
Image Sensor ISO Measurement 密碼：r2rw