K8 为科学研究而生的CMOS摄像头

CMOS一词是指图像传感器的类型。 目前摄像头中常用的两种主要图像传感器类型是CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）。 两者都是二维像素阵列；每个像素都记录了图像中不同区域的光量。 CCD和CMOS传感器的电子布局不同，因此每种传感器的特性也不同。 几年前，CCD传感器是科学研究成像应用的首选，因为它们能提供更好的图像质量。 但是，CMOS传感器设计的最新发展使它们能够捕捉到与CCD传感器相当的高质量图像，同时还能提供额外的性能优势。

传感器最重要的属性是噪声水平和量子效率(QE)，它们共同决定了摄像头的灵敏度、像素数（分辨率）和帧频。 这些属性都是相互关联的，由图像传感器的结构决定。 如读出噪声越高，则读出节点处理每个像素数据的速度就越快。 提高传感器分辨率或帧频可以加快读出速度，但会导致噪声水平提高以及灵敏度下降。 CCD传感器通常只包含一个读出节点，而CMOS传感器则包含数千个节点。 由于其固有的瓶颈会随着帧频增加而变化，CCD传感器的读出噪声也会变化。 CMOS传感器结构中不存在这种瓶颈，因为它们能够在更高的帧频下读出更多像素，同时保持非常低的读出噪声。 CMOS最新的设计技术提高了量子效率，同时与CCD传感器相比，噪声更低，帧率、分辨率和动态范围都得到改进。

CMOS传感器由硅片制成。 当光线照射到硅片上时，通过一个称为光伏效应的过程产生电荷。 光子只能穿入硅片几微米，所以光伏电荷只积聚在表面。 要将这些电荷移至读出节点，需要有一层薄薄的电子器件。 制造传感器时，必须在感光表面上装一层电子器件，但这会阻挡一些光线到达硅片。 微透镜可以增加前照式传感器的量子效率，使最大量子效率值达到约80%。 薄型背照式或背照式(BSI)传感器克服了这一限制，方法是打磨掉传感器背面多余的硅传感器厚层，并将传感器翻转，使传感器的“背面”暴露在光线下。 由于硅片如此之薄，另一面的电子器件仍然能够将积聚的电荷移至读出节点。 因为薄型背照式传感器的光敏硅片与入射光之间不再有一层电子器件，所以量子效率可以提高到95%，从而显著提高了灵敏度。