背照式CMOS传感器解读

数码相机传感器类型介绍传感器是数码相机中最核心的部件之一，它承担着将光信号转换为数字信号的重要任务。

相机传感器的类型多种多样，不同的传感器类型在像素、噪点、动态范围等方面都有所不同。

本文将介绍几种常见的数码相机传感器类型。

一、CMOS传感器CMOS传感器即互补金属氧化物半导体传感器，是目前数码相机中最常见的传感器类型。

CMOS传感器具有很高的像素密度，可以实现更高的分辨率。

此外，CMOS传感器具有低功耗、高帧率和良好的性价比等优势。

相比于其他类型的传感器，CMOS传感器对电源的需求更低，延长了相机的续航时间。

二、CCD传感器CCD传感器即电荷耦合器件传感器，是早期数码相机中常见的传感器类型。

CCD传感器通过将光信号转换为电荷信号来进行图像采集，后续再将电荷信号转换为数字信号。

CCD传感器在传感器尺寸较小时，可以获得较低的噪点和较宽的动态范围。

然而，CCD传感器相比于CMOS传感器来说更加昂贵，功耗也更高，限制了其在现代数码相机中的广泛应用。

三、FOVEON传感器FOVEON传感器是Sigma相机上采用的一种特殊传感器，它是基于颜色分隔原理工作的。

FOVEON传感器利用层层叠加的感光元件，每一层元件对应一种颜色的光信号。

这种结构允许FOVEON传感器准确获取图像中的颜色信息，从而提供更具真实感的图像效果。

然而，FOVEON传感器在像素密度和高ISO性能方面相对较低，限制了其在高端相机中的应用。

四、BSI传感器BSI传感器即背照式传感器，是近年来相机中的新兴传感器技术。

与传统的传感器不同，BSI传感器通过将电路面朝上直接与光接触，从而提高了光的接收效率。

BSI传感器在低光条件下具有更好的表现，能够提供更低的噪点和更高的动态范围。

此外，BSI传感器还具有更高的像素密度和更快的数据传输速度，进一步提升了相机的性能。

总结：不同类型的数码相机传感器各具特点，在选择相机时需要根据个人需求和使用场景作出合理的选择。

相机传感器原理揭秘相机传感器原理是相机工作的核心，它是将光线转化为电子信号的关键部件。

本文将深入探讨相机传感器的工作原理，并介绍几种主要类型的相机传感器。

通过了解相机传感器原理，读者可以更好地理解相机的工作机制和选择适合自己的相机。

一、相机传感器的工作原理相机传感器主要分为两种类型：CMOS（互补金属氧化物半导体）和CCD（耦合器件）。

它们在工作原理上略有不同，但目标都是将光线转化为电子信号。

1. CMOS传感器CMOS传感器采用晶体管阵列来捕捉光线并转化为电子信号。

具体步骤如下：（1）光线进入镜头，通过镜头聚焦到传感器上。

（2）当光线照射到传感器上时，传感器中每个像素对应一个光敏晶体管。

（3）光敏晶体管将光线转化为电子信号。

（4）这些电子信号被传输到其他电路进行放大、处理和数字化。

2. CCD传感器CCD传感器通过将光线转换为电荷并传输到像素中进行转换。

具体步骤如下：（1）光线进入镜头，通过镜头聚焦到传感器上。

（2）光线照射到传感器上，使像素中的感光介质产生电荷。

（3）电荷被传输到像素的储存单元。

（4）电荷被读取并转换为电子信号。

二、主要类型的相机传感器除了CMOS和CCD传感器，还有其他几种类型的相机传感器。

以下是其中几种常见的类型：1. Foveon X3传感器Foveon X3传感器是一种基于CMOS技术的传感器，它能够将红色、绿色和蓝色光线分别捕捉到不同的层次中。

这种传感器通过三层晶体来实现这一功能，每一层只能处理其中一个颜色的光线。

这种传感器在颜色还原方面具有更强的优势，能够提供更准确的颜色表现。

2. 胶片传感器胶片传感器是传统相机使用的一种传感器类型。

它使用一层感光胶片来记录光线信息。

这种传感器在今天的相机中已经较少使用，但仍有许多摄影师选择使用它们来追求不同的拍摄效果，如胶片的质感和色彩表现。

3. BSI（背照式）传感器BSI传感器是一种具有更高感光度和更低噪声水平的传感器。

与传统的传感器相比，BSI传感器中的电路配置更为复杂。

CCD/Super CCD EXR/背照式CMOS全解析前言感光元器件之争一直都在CCD和CMOS之间默默的进行着。

几年前，我们在购买数码产品时总会首选CCD，因为那时候的CMOS几乎就是画质表现差的代名词，只有低端相机或者摄像头上才会出现CMOS的身影。

而在今天，CMOS在数码单反中已经大行其道，现在在可购买到的数码单反相机中采用CCD的只有尼康D3000一款；但是在便携类DC中，CCD仍然还占据着绝大多数市场，采用传统CMOS的便携类DC屈指可数，而背照式CMOS的出现，将有望打破便携类DC市场的格局。

背照式CMOS发布之后，让传统的便携性DC相机在画质上又有了一个崭新发展，尤其是在夜景拍摄、高感光度噪点控制方面，是之前CCD和传统CMOS所无法企及的！在CCD中，还有一种类型的产品一直独树一帜——富士的Super CCD EXR，它虽然也是CCD的一种，但是在设计原理上与传统CCD有很大不同，在动态宽容度、感光度及噪点控制方面都要好于传统的CCD！在如今的便携类DC市场中，背照式CMOS、CCD、Super CCD EXR是目前采用最多的传感器解决方案，那么目前这三种传感器在DC中画质表现到底谁更优秀，这将是本文研究的重点……CCD——成本高、耗电量大说到CCD和CMOS，我自己都会很头疼，因为他们都太过专业，对于一般用户而言根本不需知道他们的工作原理，但是为了大家能够读懂我们要表达的意思，我们还是要从他们的原理说起，请相信我，你会看的懂！首先要说的是CCD今后将很有可能被CMOS完全取代，无论单反（几乎已是CMOS的天下）还是便携类DC，其原因并不是CMOS画质更好，而是CMOS够便宜！这是市场的法则，当然归根结底最终还是我们消费者让CCD走向了灭亡，因为我相信没人愿意花更多的钱购买效果相差无几的CCD产品。

CCD、CMOS工作方式那么CCD为什么要比CMOS贵呢？CCD和CMOS都是存储由光产生的信号电荷，CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路。

背照式（BSI）摄像头和普通摄像头的区别传统的摄像头的结构和人眼的结构是相似的，最外面是透镜，中间有一堆电线，最后面是感光元件，这样设计的好处是制造简单，但是中间的电线会阻碍光的射入。

而BSI摄像头将感光元件层和电线层互换，大大降低了入射光的损失，增加了摄像头的感光度，这种摄像头的缺点是工艺相对比较复杂。

下图展示了两种摄像头结构上的不同。

2009年8月sony推出了一款价格适中的消费级BSI CMOS，从此背照式摄像头开始红火起来，现在很多手机的摄像头都采用了这种镜头，当然也包括HIKE。

在BSI CMOS的基础上，sony公司又提出了一种改进技术，将感光元件的感光层和电路层分离，取消基底，这种技术同时增加了感光层和电路层的面积，进一步增加了感光度，同时也为安装更复杂的电路创造了条件，使HDR摄像功能成为现实。

这种新式的摄像头叫做堆栈式（积层型）背照CMOS传感器以下内容转载至：臭虫网堆栈式背照CMOS传感器结构图首先从结构图上可以看见，传统型的背照式结构的感光像素（pixed section）与控制电路（circult section）是处在同一层，而积层型背照式结构是分开两层。

这样后者可以加入W（白色像素），利用更大的感光面积来容纳它，灵敏度也不会下降。

加入W白色像素之后，摄像头感光元件在黑暗环境下的感光特性更加活跃，因此在弱光环境下图像的细节会变得清晰，噪点因而减少。

其次，由于传感器的控制电路在下层，处理电路的面积也会相应增大，因此可以进行更为复杂的电路运算。

在手机上实现多次曝光的高动态HDR运算也能够应付。

索尼的堆栈式结构实现HDR是依靠强大的单独处理电路，其可以在一次HDR曝光中迅速进行四次的高速运算，也就是一次曝光中读取四次图像数据。

简单来说，索尼在一次快门中可以进行四次的曝光，但因为现在这技术只针对视频，因此在录制视频中可以进行多次的HDR曝光，实现高动态的HDR效果。

堆栈式背照传感器的不同型号SONY作为世界第一开发堆栈式传感器的厂商，开发出‘IMX135’，‘IMX134’和‘ISX014’三款传感器，并集成‘IU135F3-Z’，‘IU134F9-Z’和‘IUS014F-Z’三款镜头模组，‘IU135F3-Z’自动对焦影像模组具备了高解析度F2.2镜头；‘IU134F9-Z’（宽x深x高=8.5×8.5×4.2mm*4）非常薄而紧凑；‘IUS014F-Z’是一个一体化影像模组，它结合了一个影像传感器、内置的相机信号处理功能及内置的自动对焦与图像调整功能。

堆栈式CMOS和背照式CMOS深度解析相信许多朋友们了解到堆栈式CMOS感光镜头，还是要从oppo find 5身上所了解到。

现在小米2S 32G同样采用索尼Exmor RS系列感光元件，在继承背照式传感器优异的感光性能同时，还使用堆栈式结构，让成像质量更加优秀。

那么究竟堆栈式CMOS什么意思呢?堆栈式摄像头究竟有什么好处?其与背照式CMOS感光镜头对比起来，有什么不同呢? 起源：CMOS传感器可以说目前的手机摄像头，基本上都是采用的CMOS传感器。

但是早期的CMOS镜头有个明显的缺点，就是当电流发生变化时，容易产生更多的热量，从而造成画面的噪点进而影响成像的质量。

随着科技的不断进步，CMOS的这一缺点也是得到了解决，索尼于2008年6月发布了背照式CMOS 镜头。

随后的情况大家就很熟悉了，这款产品一经推出，就获得了巨大的反响。

随后越来越多的相机开始搭配背照式的CMOS 镜头，注意是相机。

接着一直延续至近，这款产品的运用范围非常广，特别是智能手机上。

而背照式CMOS也是大家经常看见的BSI，其最大的特点就是在夜拍以及高感光拍照时，成像效果更加优异。

当然跟专业的单反相机比起来还是弱爆了。

成熟：背照式CMOS在介绍堆栈式CMOS镜头前，我们先要提一下大家熟知的背照式CMOS感光镜头，要知道目前背照式观光镜头的生产商可是不少，比较著名的厂商包括索尼、松下、OmniVision、Aptina、三星，而最为其中的翘楚索尼的效果也是最佳优异的。

但是为何索尼的产品会如此优异呢?背照式CMOS有何优点由于在基本的设计方式上有所不同，所以比起基本的CMOS 传感器成像效果也更加优异。

大致将来就是传统的表面照射型摄像头传感器的光电二极管位于整个芯片的最下层，而将A/D转换器放置于光电二极管上方，所以光讲镜头了二极管透离曾后才能够道道受光面，更远的距离从而造成了更多的光线损失。

而背照式镜头则是解决了这一问题，具体的可以通过下面一张图片表达。

背照式探测器的工作原理基于将感光材料的敏感部分（例如，光电二极管）放置在电路结构的背面，使得光线可以直接进入感光区域，而不是被遮挡或散射。

这种设计允许更多的光子到达感光元件，从而提高灵敏度和信噪比。

以下是背照式探测器工作的一般过程：
1. 入射光：当光线照射到探测器上时，它会直接穿透透明基板并进入感光区域。

2. 吸收与转换：在感光区域，光子被吸收，并转化为电子-空穴对。

对于CMOS和CCD传感器，这是通过光电效应完成的；对于雪崩光电二极管（APD），则可能涉及内部倍增过程以增加信号。

3. 电荷收集：产生的电子被收集起来并存储在一个电容器或者转移至读出电路中。

在CCD传感器中，电荷会被转移到垂直通道然后横向传输到输出端口；而在CMOS传感器中，每个像素通常都有一个内置的放大器来提供局部放大。

4. 信号处理：最后，这些电子被转换为电压信号，然后经过模数转换（ADC）后输出数字图像信号。

背照式设计的优势在于减少了金属线路和其他结构对光的阻挡，提高了量子效率和响应速度。

这使得背照式探测器在
低光照条件下的性能优于传统的前照式探测器，因此它们广泛应用于高灵敏度成像、天文观测、遥感、医疗影像、科学研究等领域。

背照式CMOS图像传感器分析提到背照式CMOS，相信很多朋友首先会联想到智能手机等小型影像记录设备。

现在主流的手机的摄像头均采用了背照式和堆栈式两种类型的传感器。

想要弄清楚背照式中“背”的含义，就必须要先了解传统CMOS——前照式（FrontSide Illumination，缩写为FSI）的结构。

前照式CMOSCMOS是一个多层结构。

在传统FSI结构中，自上至下依次为微透镜（Micro-lens）、彩色滤光镜（Color Filter）、电路层（Wiring Layers）和光电二极管（Photodiodes）。

不难发现：CMOS总面积≈光电二极管有效面积+ 电路层有效面积，光电二极管和配套电路需要争抢感光元件上有限的空间。

电路占据的面积大，光电二极管占据的面积就小，CMOS实际收集的光线就少。

对于智能手机、便携数码相机等小型影像记录设备来说，这就意味着成像质量难以提升，最集中表现就是高ISO拍摄时的噪点大、杂讯多。

那么，能否减少电路面积呢？首先，现代CMOS普遍采用集成模数转换电路（ADC）的做法，1列光电二极管对应1个ADC和1套放大电路。

想要提升像素数量、提高读取速度就必须增加配套电路。

传统的CMOS “前照式”结构，当光线射入像素，经过了片上透镜和彩色滤光片后，先通过金属排线层，最后光线才被光电二极管接收。

大家都知道金属是不透光的，而且还会反光。

所以，在金属排线这层光线就会被部分阻挡和反射掉，光电二极管吸收的光线能就只有刚进来的时候的70％或更少；而且这反射还有可能串扰旁边的像素，导致颜色失真。

（目前中低档的CMOS排线层所用金属是比较廉价的铝（Al），铝对整个可见光波段（380～780nm）基本保持90％左右的反射率。

）。

背照式CMOS传感器简介:CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）中文的全称为互补氧化金属半导体，可用来做成记录光线变化的元件，CMOS的成分主要由硅和锗两种元素组成，这点与计算机内部的很多芯片相同。

在CMOS上共存着带正电和负电的半导体，通过这两种互补的电荷产生的电流，可以处理成芯片记录，最终达到成像的目的。

CMOS被称为数码相机的大脑。

在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。

早期的CMOS有个明显的缺点，由于在电流变化时频率变快，不可避免的会产生热量，最终造成画面出现杂点影响成像质量，在一段时间内造成了CMOS的搁浅。

所谓背照式CMOS传感器就是将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。

索尼的背照式CMOS传感器商品名称为Exmor R，首先在DV摄像机中得到应用。

背照式CMOS传感器Exmor R CMOS背面照明技术感光元件，改善了传统CMOS感光元件的感光度。

Exmor R CMOS采用了和普通方法相反、向没有布线层的一面照射光线的背面照射技术，由于不受金属线路和晶体管的阻碍，开口率（光电转换部分在一个像素中所占的面积比例）可提高至近100%。

与其以往1.75μm间隔的表面照射产品相比，背面照射产品在灵敏度（S/N）上具有很大优势。

照片怎么来的？相机的本质价值就在于把我们人眼能看到的景象转化成可以保存欣赏的平面图像，把辗转即逝的瞬间变成永恒。

在另一个角度来看，这是一种能量流动的方式，相机所做的工作就是将光能转化到介质上转化为信息存储起来。

其中胶片相机成像是依靠卤化银晶体的化学特性，即遇光就会发生化学变化，再通过冲洗等一系列过程得到影像，具体的细节本文不展开。

科技发展到了数码化的时代，照片的存储最终是以数字的格式，即是一连串的数值组成的文件。

那究竟从自然界的光到数码图片文件，中间要经过怎么样的处理过程呢？照片要以数码的方式来表现，一个非常重要的步骤就是量化，也就是说我们需要将自然界的景象转换成一种可以用数值精确衡量的方式来表达。

背照式CMOS的优缺点与普通CCD传感器相比，背照式CMOS传感器通过向没有布线层的一面照射光线从而避免了金属线路和晶体管的阻碍。

更具体地说，它是将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D 转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层“挡住了”一部分光线。

如此一来，通过微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用，开口率得以大幅度提高（提高近100%），即便是小尺寸的影像传感器，也能获得优良的高感光度能力。

与以往1.75μm像素间隔的传统传感器相比，背照式CMOS传感器在灵敏度（S/N）上具有很大优势，感光能力号称是过去同尺寸传感器的两倍。

正是由于背照式CMOS传感器的这些优势，搭载了此款产品的数码相机通常具有以下优势：1：拥有更高的宽容度（可以被理解为高光部分不容易溢出、而低光部分不容易欠曝）2：拥有更快的数据吞吐率（通常都支持高速连拍、甚至全高清视频拍摄）3：拥有更佳的低光照成像能力（高感光度下的成像表现大大优于传统产品）所以，背照式CMOS就当前在数码相机行业来说，已经足以被当作是“高画质”的代名词了。

省电，高速连拍CMOS比CCD好。

貌似iphone4就是用的背照式CMOS，拍出来的照片效果还算可以相机的本质价值就在于把我们人眼能看到的景象转化成可以保存欣赏的平面图像，把辗转即逝的瞬间变成永恒。

在另一个角度来看，这是一种能量流动的方式，相机所做的工作就是将光能转化到介质上转化为信息存储起来。

其中胶片相机成像是依靠卤化银晶体的化学特性，即遇光就会发生化学变化，再通过冲洗等一系列过程得到影像，具体的细节本文不展开。

科技发展到了数码化的时代，照片的存储最终是以数字的格式，即是一连串的数值组成的文件。

那究竟从自然界的光到数码图片文件，中间要经过怎么样的处理过程呢？数码照片是一些电路和软件计算出来的结果照片要以数码的方式来表现，一个非常重要的步骤就是量化，也就是说我们需要将自然界的景象转换成一种可以用数值精确衡量的方式来表达。

科普丨背照式CMOS好在哪？富士CMOS进化之路在上期文章《科普丨X-TRANS CMOS 到底有何独特之处?》中，我们讲解了从初代X-TRANS CMOS开始，富士在抑制摩尔纹和伪色彩，以及提升画质方面所采用的技术。

在这之后，X-TRANS CMOS 也没有停止进化的脚步。

2013年，名噪一时的X100的升级版机型X100S发布，其配备的X-TRANS CMOS II 图像传感器导入了当时很新潮的相差检测自动对焦，基于此技术革新的X100S的自动对焦速度达到了当时相当高的0.08秒左右。

X100 的诞生，开启了富士X系列无反新世代。

到了2016年，富士又推出了新一代的 X-TRANS CMOS III 图像传感器。

基于APS-C画幅，像素数达到了两千万级别的2430万。

加上沿袭自前两代图像传感器的彩色滤镜不规则排列以及无低通滤镜的设计，所拍图像的画质有超出像素数的精细感。

点击上图可查看机身详情配备这个版本传感器的相机，例如 X-T2，X-T20，X-Pro2 等，在读写速度、高速连拍以及伺服对焦等方面都有不错的表现。

彩色滤镜不规则排列而最令人振奋的还是如今采用在X-T3 及X-T30上的X-TRANS CMOS 4。

第四代图像传感器除了上述特色，最大的进化之处就在于采用了背照式的结构，在保持高信噪比的同时，提升了图像分辨率。

在本连载栏目的第一篇文章《Vol1：像素高就是画质好？从CCD 到CMOS的技术沿革》里，我们就介绍了像素的基本知识，所以大家也都应该了解到，一个相机所拍照片的画质，不仅要看像素数，每个像素的集光能力也是非常重要的。

而背照式CMOS图像传感器就是用一种新的结构来提升每个像素的集光能力。

如上图所示，传统的像素结构是[微透镜]→[彩色滤镜]→[电路]→[光电二极管]，像素最表层的微透镜和接收光线并转换为电信号的光电二极管之间隔着电路层。

而背照式的结构为[微透镜]→[彩色滤镜]→[光电二极管]→[电路]。

背照式摄像头是什么意思一些手机制造厂商在发布旗舰手机时通常会强调该机采用的是一颗背照式摄像头或者是堆栈式摄像头，而那么背照式CMOS传感器正是提升智能手机拍摄实力的最大“功臣”。

那么背照式摄像头什么意思呢?接下来就让我们一起来了解下吧。

背照式摄像头什么意思在传统摄像头感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。

所谓背照式摄像头就是将它掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。

背照式摄像头将光电二极管“放置”在了影像传感器芯片的最上层，把A/D转换器及放大电路挪到了影像传感器芯片的“背面”，而不是像传统CMOS传感器一样，A/D转换器和放大电路位于光电二极管的上层，“挡住了”一部分光线。

这样一来，通过微透镜和**滤镜进来的光线就可以最大限度地被光电二极管利用。

背照式摄像头主要特点传统感光芯片上层的线路连接层还会出现光线的反*，影响到达光电二极管的光线强度，从而使传感器的受光量减少。

在一般的情况下，传统型摄像头传感器在低光环境下难以拍摄出明亮、清晰、质量好的照片。

相比普通的传感器，背照式传感器则显得更薄，具有更佳的画质和更低的噪点等特*。

背照式传感器把感光层与基质的位置互换，直接与透光面接触，减少了中间环节光线的损失，并且在透光面上每个对应的像素表面都改为透镜的形式，更集中地汇聚了外界的光线到对应的像素点上，减少了像素之间多余的光线干扰。

背照式摄像头实际应用在背照式CMOS摄像头普及之前，手机采用的都是传统的CMOS 传感器。

这些传统的CMOS有个非常明显的短板，当通过摄像头回路的电流发生变化时，它们容易产生热量，从而造成画面比较容易出现杂点，最终影响相机的成像质量。

随着科技生产力的进步，日本SONY公司于08年中旬正式推出了背照式CMOS传感器，改善了传统CMOS一系列的缺点。

背照式CMOS通常也被称为“BSI”，采用了背照式CMOS的相机夜间拍摄实力更为强悍，目前已获得各大智能手机厂商的认可，例如小米手机、苹果iPhone5s、魅族MX3等手机都采用了背照式CMOS摄像头。