在宽广的商场上，高速CMOS图画传感器有几种类型，即通用用处、高端或定制的高速摄像机。这些摄像机用于科学研讨，碰击测验，高速扫描，机器视觉和军事研讨等，一切用处中都要求高帧率运动捕获。
这些传感器的分辨率从VGA到10M像素，某些能够到达每秒10000全帧。传感器的架构有两个半分，四分仪或许一个像素阵几种。输出能够是并行的模仿输出，一个数字化的10位输出或许数字化的串行LVDS输出。每位输出作业速率高达50M采样/秒，则可完成5.5G像素/秒的吞吐量。迄今为止这是所报导的最高的接连像素吞吐率。图画质量至少是10比特，故摄像机中数字化后的数据吞吐率高达55Gb/s。方针运用总是要求一个6T的快照像素，具有高灵敏度和高动态规模。这些图画传感器的灵敏度首要取决于像素的巨细。所以关于某些特定运用导致了十分大的像素数，从而使图画传感器也十分大。内部多路复用技能答应完成具有添加帧率的随机窗口。当窗口尺度减小到一个小型的ROI时，帧率进步到170000帧/秒。现在绝大多数传感器选用0.25微米工艺。
高速图画传感的最新趋势
现在CMOS是高速图画传感器首选的技能。当今商场上咱们能够清楚地看到高速图画传感器的三个发展趋势，即超高速，片上功用集成和一般的高速成像。
像素率是分辨率和帧率的乘积，现在该目标提升了许多。现在所发布的图画传感器为1024×1024像素，每秒的全帧率超过了5000。假如图画质量用10比特，这就意味着摄像机中总的数据率高达55Gb/s。为了在摄像机中完成如此高的速率，以及高质量的图画以及十分高的灵敏度（一般用于高质量的图画），重要的不只仅只重视电路的规划，还要确保整个布线的较好平衡。这意味着必须将所需的电源线散布好，在电路布局的每个节点上，一切的寄生参数效应，电气和光学部分都必须操控好。功率预算要求选用低功耗模块规划，以确保能够满意总的功率需求。
在高速成像中的另一个不同的趋势是在芯片上集成高速ADC，序列器，LVDS发射器以及校准算法。这些成像器在速度和灵敏度方面一般差劲于上述的成像器，但其长处是集成度高，简略易用。现在商场上正在呈现的第三种成像器是一般的高速成像器。老式（简略）的带模仿输出或许没有守时功用的一般成像器正在被更快的和更杂乱的图画成像器所替代。这类成像器能够确保在较短的时刻内完成一般高速摄像机的规划。
像素与像素率
图1所示为常见的高速图画传感器中所用像素的完成电路图，这是一个所谓的6晶体管（6T）像素结构。这类图画传感器中重要的是流水线球形快门功用。
图1：像素电路单元
一切像素一起敞开和停止光学集成的球形快门，这关于高速运用是十分重要的，它能够较好地完成运动含糊操控，使一切像素对精确地共同。该球型快门使高速运动传感被成像器坚持。
一个典型的高速捕获序列器如图2所示（就像一个小弹丸冲击一根火柴棒）。流水线功用意味着在像素阵列的读取过程中，用于下一帧的像素中光学的集成正在进行中。这就要求确保帧率与集成时刻无关。
图2：典型的高速捕获次序（弹丸冲击火柴棒）
为了获取或许更高的灵敏度，担任搜集图画电荷并将该电荷转换成电压的光电二极管应尽或许小，以便将其寄生电容减到最小。此外，像素的填充系数，即对光传感区域奉献的敞开区域应尽或许大。运用N阱像素专利，调集环绕光电二极管敞开的P阱，即可完成上述的小光电二极管和大填充系数两项功用。除了高灵敏度之外，还有一个重要的是选用一个像素存储电容器，该电容器并不奉献任何噪声，它将很好地屏蔽光，走漏很小。这种像素结构在读取过程中存储像素信号方面作用很好。但这种结构的首要缺陷是在像素中没有固定的图形噪声校对，故必须在图画传感器外部来完成。
一个图画传感器的速率是分辨率和帧率的乘积，这决议了传感器的像素率。在超高端的高速成像商场中，该参数其实并不够高。用户希望在所希望的全帧率能够完成的条件下，规划十分杂乱的摄像机。图3所示为一幅典型的高速运用的图画（轿车撞机实验）。
图3：高速成像运用：轿车碰击实验
这么高的速度只能经过并行的模仿输出（多达128路输出）来完成，这就为摄像机体系的集成提出了应战。这种成像器的结构适当简略，包含被随意区分成象限的像素阵列中的6T像素电路，几个并行的高速模仿总线，以及用来驱动输出的一些并行的输出放大器。
在这类芯片上，没有ADC，序列器和其他片上图画处理。芯片宽度的模仿总线确保一切的并行输出能够被运用，而不论被读取的x方向上的半帧图画的巨细。这在读取半帧图画时进步了帧率。
重影的消除
超高速图画传感器中的一个重要问题是x方向上的重影。这是由片宽模仿总线的相对较大的RC常数所引起的。关于总线上的信号，由于处理10比特的精度所用的时刻较长，故上一个像素的部分信息或许滞留到当时像素上。这就在图画中导致了的x方向上的重影。这种重影在后续的图画处理中很难校对。
处理该问题的一项技能是，在每个新的信号之前对总线进行时间短的预充电。这样就确保了有关前面像素的一切信息被洗掉。该技能要求发生短期预充电脉冲。这些脉冲用来将模仿总线短路到地。绝大多数的成像器是依据客户产品的需求来制作的，由于现在没有将这类超高速成像器产品变成通用产品的真实需求。客户的运用规模从VGA到10Mpixel，帧率从500fps到10，000fps，数据吞吐率高达5.5Gpix/s。图4给出一个典型的超高速图画传感器架构。两个半球被并行读取，每个的并行模仿输出为64路。总的加起来是128路高速并行模仿输出。
图4：一个典型的超高速图画传感器架构
运用需求：体积小且易于规划
与之前的十分杂乱的（且体积大）的、环绕传感器规划的摄像体系相反，商场上对小型的且易于完成的高速图画传感器的需求正在添加。
高速成像器已开端用于几个准消费类运用，如扫描、视觉体系以及全息数据存储。下图所示的是一个典型的全息数据存储运用，其间就用了成像器。
图5：全息数据存储及其高速成像器
这些运用要求板上的图画传感器具有许多体系功用。这便是为什么将ADC、守时发生、图画处理以及一些输出电路集成到芯片上的原因。关于这类成像器，集成的功用与灵敏度和速度相同重要。绝大部分这类成像器仍是依据客户的利于简化其高速摄像机规划的特别功用来定制的。下图给出了这类高速成像器的一个典型架构。这类成像器一般只要时钟输入，一些电源和一些同步引脚。一切其他需求读取并送给成像器的信号都将在芯片内发生。
图6：具有许多片上逻辑和附加功用的典型高速图画传感器的架构
通用的高速图画传感器
商场上咱们所看到的第三类高速图画传感器是通用的高速图画传感器。其运用从机器视觉摄像到交通监控、科学实验运动捕获以及碰击测验查看。前期的这类通用高速图画传感器的构成只包含并行的的超高速成像器）。但最近，咱们看到有许多功用在片上完成，意图是使成像器能够被用于各种不同的运用（如多斜率、欠采样、进仓、翻页（flipping），镜像、增益、补偿等）。
现在，正在研制能够供给1.3MPxl速率，帧率为1000fps的高速球星快门图画传感器。特别是这类传感器具有流水线的快照快门功用，以及多斜率功用。这些片上功用也因不同的传感器而异。
图7：通用高速成像器适用的各类运用
有几种不同类型的高速图画传感器，用来满意当时商场上的不同需求。超高速图画传感器是真实的模仿图画传感器，具有十分高的帧率和数据吞吐率，适用于杂乱的——因而也首要是客户定制的摄像机规划。具有许多板上功用的高速图画传感器供给许多特别的板上功用，这些功用有助于规划师将成像器植入他们的高速摄像机的规划中，更适用于面向客户的运用。这些功用是依据客户的要求完成的，故也首要用于定制规划。
最终，通用的高速图画传感器结合了上述的图画传感器的绝大部分通用功用，使之成为通用的图画传感器，能够用于广泛运用的摄像机中。这类图画传感器现在都是商用现货供应。商场趋势是，板上功用的集成度、数据率、以及分辨率都将持续进步。未来规划师的真实应战将是怎么完成传感器超高数据率与像LVDS和图画处理这类的板上功用的完美结合。
图8：高速图画传感器运用的一些实例
