不同快门模式的对比与选择

IBIS5-A-1300型CMOS图像传感器的2种快门模式具有不同的内部像素结构。卷帘式快门釆用有源图像传感器常用的三晶体管结构，同步式快门内部电路结构具有一个锁定像素值的记忆单元，比卷帘式快门复杂，釆用四晶体管结构。图3-1给出了卷帘式快门的像素结构图。

图3-1　卷帘式快门像素结构图(www.xing528.com)

根据像素结构图可知，MOS晶体管“reset”用于像素点的复位，光敏二极管产生的光电流在电容C上累积电荷，并被读取至列放大器。2种像素结构的不同在于同步式快门的光敏二极管和电容之间多一个MOS晶体管“sample”，该MOS晶体管在同步式快门积分时间到达时开启，用于在像素读取之前锁定电容上的累积电荷。而卷帘式快门在像素结构上不具有锁定功能，电容上的电荷在累积过程中即被读出，像素的读取和复位同时进行，比较适合图像的连续获取，但是由于像素点始终处于感光状态，因此在对快速运动物体的捕获时会产生模糊。同步式快门像素结构的特点可以避免这类问题，其像素点的积分和读取时间是分开的，因此像素点在被读出时不再具有感光性，即使在捕获快速移动物体时也不会产生模糊现象。此外，由于MOS晶体管“sample”的开关可控，同步式快门模式可支持像素点的多重积分，比卷帘式快门模式具有更高的动态范围。

然而，在同步式快门模式的像素结构中，由于电容通过MOS晶体管与二极管相连，获取的累计电荷易受寄生光敏性的影响，在积分时间到达且像素读取前的时间内，锁定后的电荷会受到寄生光电流的改变。像素点积分和读取时间的分开也降低了图像获取的效率，增大了电荷釆样信号的噪声，其图像帧速和信噪比均低于卷帘式快门模式。

根据FillFactory公司IBIS5-A-1300图像传感器卷帘式和同步式快门模式的不同特点，可对其工作模式进行选择以适用于不同的场合。在对快速运动物体的捕获或对动态范围要求较高时可采取同步式快门模式，而在保持图像的连续性和获取高信噪比时可釆取卷帘式快门模式。