CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），即“互补金属氧化物半导体”，一直被认为是刚刚起步的新技术。其实CMOS也有很长的历史，从20世纪90年代，人们就已经对CMOS进行广泛的研究了。人们早已发现CMOS的一些特有优点，并逐渐开发利用这些优点，将CMOS广泛地用于手机、PDA、单反相机等。
随着CMOS技术的发展，特别是最近几年，CMOS的图像质量已经得到了大幅度的改善，在某些方面已经接近甚至超过了CCD，CMOS开始在广播级摄像机中得到应用。
一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。与传统的CCD图像系统相比，把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗，而且具有重量较轻，占用空间减少以及总体价格更低的优点。
CMOS图像传感器的光电转换原理与CCD基本相同，其光敏单元受到光照后产生光生电子。而信号的读出方法却与CCD不同，每个CMOS源像素传感单元都有自己的缓冲放大器，而且可以被单独选址和读出。
一个像元的结构如图3-19所示。
图3-19 一个像元的结构
图上部，一个像元的结构由MOS三极管和光敏二极管组成，在光积分期间，MOS三极管截止，光敏二极管随入射光的强弱产生对应的载流子并存储在源极的PN结中。当积分期结束时，扫描脉冲加在MOS三极管的栅极上，使其导通，光敏二极管复位到参考电位，并引起视频电流在负载上流过，其大小与入射光强对应。
图下部，给出了一个具体的像元结构，由图可知，MOS三极管源极PN结起光电变换和载流子存储作用，当栅极加有脉冲信号时，视频信号被读出。(www.xing528.com)
CMOS图像传感器的功能框图如图3-20所示。
首先，外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。另外，为了获得质量合格的实用摄像头，芯片中必须包含各种控制电路，如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用，还要求该芯片能输出一些时序信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。
一个CMOS像元阵列结构由水平移位寄存器、垂直移位寄存器和CMOS像元阵列组成，如图3-21所示。
图中，1—垂直移位寄存器：2—水平移位寄存器；3—水平扫描开关；4—垂直扫描开关；5—像敏元阵列；6—信号线；7—像敏元。
图3-20 CMOS图像传感器的功能框图
图3-21 CMOS像元阵列结构
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