当你打开相机，光线穿过镜头投射到感光传感器上，变成电信号，经过模数转换器以及放大器转变为数字图像，再到图像处理器中加工处理，图像就呈现在了屏幕上。再按下快门键，就变成了我们相册里的一张相片。

光电效应

德国物理学家赫兹发现了光电现象，而爱因斯坦提出了正确的解释。简单来说，光照到金属时会有电子向外逸出，这就是光电效应。光信号会带来电信号的改变，如此一来光就变成了电，人们利用这个原理发明了感光元件。我们熟知的感光元件有CCD和CMOS，本期就来讲一讲其中之一的CMOS。

CMOS

互补金属氧化物（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）的缩写，就是CMOS。CMOS本质上就是一块芯片，在计算机领域，它作为主板上一块可读写的RAM芯片，用来保存当前系统的硬件配置和用户对某些参数的设定。在数字影像领域，CMOS作为一种低成本感光元件技术被发展出来。市面上常见的数码产品，其感光元件大部分都是CMOS。除了这两方面，它还被用于专业的集成电路与设计制造领域。

底大一级压死人

CMOS制造工艺被应用于制作数码影像器材的感光元件，单说CMOS，有些人可能会觉得有点陌生。但在摄影圈里有这么一句流行的话，相信不少人都听过，那就是“底大一级压死人，一寸大底一寸金。”这句话里的“底”指的就是感光传感器CMOS。

忽略算法和其他一些因素，这句话可以说是对的。CMOS的尺寸的确是越大越好，尺寸大小决定了有多少光被捕捉，尺寸大，就意味着更大的感光面积，可以显著提升暗光下的成像质量。举个简单的例子，当你眯起眼睛时看到的风景和睁大眼睛时看到的风景哪个更好？毫无疑问是后者。CMOS上有非常多的微小光敏物质感光元件，每个元件都被称为一个像素，CMOS尺寸越大，像素越多。像素越多自然越好，但一个尺寸下达到一定数量后，再继续增加像素的数量就是没有意义的。这样会导致单一像素的面积变小，面积越小对光线的色彩等信息的判断就越不准确。而同等像素下，尺寸越大，单一像素的面积也就越大，感光的能力就会越强。当然，光因为底大就说这个摄像头好，那就是“耍流氓”。CMOS需要与合适的影像处理器（ISP）、光学镜头以及ai算法相配合，才能有最好的成像效果。

CMOS的种类

目前市场上的CMOS分为三种结构：前照式（FSI）、背照式（BSI）以及堆栈式，也可叫做积层式（Stack）。传统的cmos主要由以下几个组件构成：

1、微透镜（microlenses）：在每个cmos物理像素上极小的透镜，作用是汇聚光线。

2、彩色滤光片（colorfilters）：因为CMOS上的光电二极管只能感受光线的变化，但无法感受颜色，所以其捕捉的图像类似于黑白照片。为了让相机能拍出彩色，我们会在CMOS上覆盖彩色滤光片来区分颜色。它将射入光的颜色以RGB的模式分解，我们有时能听到的拜耳（bayer）排列、RGGB、RYYB等就是这些滤镜的排列方式。（关于排列会在之后的文章中讲解）

3、金属排线：一般来说会有多层排线，用于传输信号。

4、光电二极管：简单来讲就是像素，是一种将光转换成电流或电压的光电探

测器，也就是CMOS中的感光部分。

传统的前照式结构下，光线经过微透镜和彩色滤光片后，会先从光电二极管前方的金属排线之间进入，再聚集在光电二极管上。这种结构就导致金属排线会阻挡和折射部分光线，光电二极管吸收和利用的光线会变少到70%甚至更少，甚至金属排线造成的反射还有可能会串扰旁边的像素，导致颜色失真。因为前照式的这个缺点，背照式结构诞生了。与前照式的不同在于其金属排线的位置在光电二极管下方，因此光线几乎没有受到干扰就到达了光电二极管，极大地提升了光线利用率，最明显的改善就是提升了暗光下的成像质量。

前文讲到的前照式和背照式，都属于非堆栈式结构。堆栈式cmos首先由索尼应用在了ExmorRS上，它的体积更小，功能和尺寸甚至还更佳。其实，它诞生的初衷并不是为了缩小体积。因为CMOS与cpu一样，需要用光刻机在硅片上进行蚀刻，形成像素区域和处理电路区域，前者是蚀刻像素的地方，后者是管理这些像素的控制电路。

这两个区域在一个硅片上，而像素区域的制造工艺可以使用65nm的制程，与其在一起的处理电路区域也会使用同样的制程。但是对处理电路的区域来说65nm的制程是不太够用的，使用45nm的制程会更好。不过一个硅片上无法使用两种制程，因此便将处理电路区域和像素区域分开，用两个硅片使用不同的制程制造，再堆叠在一起，这样就形成了堆栈式CMOS。这样做不仅提升了像素区域的大小，还增强了处理电路的性能，更是减小了摄像头的体积。

最后

本篇CMOS就此告一段落，关于文章中提到的RGGB、RYYB等排列是什么，另一种感光传感器CCD又与CMOS有什么不同，我们会在接下来的文章中详细讲解。

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