汽车级图像传感器选型，CMOS与CCD在ADAS环视系统中的噪声抑制对比

时间：2025-08-13 16:10:20

关键字： CMOS CCD

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[导读]智能驾驶技术快速迭代，ADAS环视系统作为车辆周边环境感知的核心模块，对图像传感器的性能提出了严苛要求。其中，噪声抑制能力直接影响系统在低光照、强干扰等极端场景下的可靠性。本文从技术原理、工程实践及未来趋势三个维度，对比分析CMOS与CCD传感器在ADAS环视系统中的噪声抑制特性。

智能驾驶技术快速迭代，ADAS环视系统作为车辆周边环境感知的核心模块，对图像传感器的性能提出了严苛要求。其中，噪声抑制能力直接影响系统在低光照、强干扰等极端场景下的可靠性。本文从技术原理、工程实践及未来趋势三个维度，对比分析CMOS与CCD传感器在ADAS环视系统中的噪声抑制特性。

一、噪声来源与抑制技术原理

图像传感器的噪声主要分为固定模式噪声(FPN)和时间噪声两大类。FPN源于制造工艺不均匀性，表现为像素间的偏移或增益差异;时间噪声则包含光子散粒噪声、热噪声等随机干扰。两类噪声的抑制需结合硬件设计与信号处理技术。

CCD传感器采用电荷耦合传输机制，其噪声抑制优势体现在电荷转移效率(CTE)上。高端CCD的CTE可达99.9999%，有效减少电荷传输过程中的损失。例如，深空探测领域常用的CCD通过双相关采样(CDS)技术，利用两次采样时间间隔远小于噪声时间常数的特性，将KT/C噪声抑制至0.1e-以下。然而，CCD的全局曝光模式需复杂时钟驱动电路，易引入时钟抖动噪声，且单芯片集成度低，需外接ADC和时序控制器，增加系统复杂度。

CMOS传感器基于像素级并行处理架构，其噪声抑制核心在于工艺优化与数字信号处理。现代CMOS传感器普遍采用背照式(BSI)工艺，通过将光电二极管置于电路层后方，消除金属连线对光线的遮挡，使量子效率(QE)提升至80%以上。例如，思特威推出的SC530AT车规级CMOS传感器，通过CarSens®-RS工艺将读取噪声降至1.0e-，配合双重曝光行交叠HDR技术，在100dB动态范围下仍能保持低噪声特性。此外，CMOS的片上集成能力使其可搭载自研AI ISP芯片，通过轻算力NPU实现实时降噪与图像增强。

二、ADAS环视系统中的工程实践对比

1. 低光照场景噪声抑制

在地下停车场或夜间道路等低光照环境下，传感器的信噪比(SNR)直接决定图像可用性。CCD传感器因高电荷转移效率，在极低光照下仍能保持较低的暗电流噪声。例如，某高端车型采用的CCD环视摄像头，在0.1lux光照下SNR可达35dB，但需配合大光圈镜头(F/1.6)和机械快门，增加系统成本与体积。

CMOS传感器则通过多技术融合实现低光照优化。以SC530AT为例，其采用SFCPixel®技术，在520nm波长下QE提升20%，配合PixGain HDR®模式，可在单帧内同时捕捉高亮与暗部细节。实测数据显示，在0.05lux光照下，该传感器通过AI ISP降噪后SNR仍可达32dB，且无需机械结构，更适配车载紧凑空间。

2. 高动态范围场景噪声抑制

ADAS环视系统需同时处理强光(如逆光)与暗光区域，对HDR性能要求严苛。CCD传感器通过多斜积分法实现HDR，但需牺牲帧率(通常低于30fps)，难以满足实时性要求。例如，某工业级CCD在120dB动态范围下帧率仅15fps，无法适配高速运动场景。

CMOS传感器则通过多曝光融合技术突破HDR瓶颈。SC530AT支持的2-exposure SHDR模式，可在单帧内完成长短曝光融合，实现100dB动态范围且帧率达60fps。其读取电路架构优化设计使DSNU(空间噪声)在105℃高温下降低51%，有效抑制高亮区域过曝噪声。

3. 温度稳定性与长期可靠性

车载传感器需在-40℃至105℃范围内稳定工作。CCD传感器因采用单一材料结构，温漂系数较低，但需外置TEC制冷模块控制暗电流，增加功耗与成本。例如，某车载CCD方案在85℃环境下暗电流达500e-/s，需通过制冷将温度降至40℃以下。

CMOS传感器通过工艺改进提升温度稳定性。SC530AT采用CarSens®-RS工艺，在105℃环境下暗电流仅增加25%，白点缺陷减少5%，无需主动制冷即可满足车规级AEC-Q100 Grade 2认证。其低功耗特性(典型功耗150mW)进一步降低热噪声产生，延长系统寿命。

三、未来趋势与选型建议

随着CMOS工艺向2μm以下节点演进，其噪声抑制能力正逼近CCD水平。例如，思特威车载产品矩阵已覆盖1MP至8MP分辨率，其中4款高性能CIS产品专为舱内OMS应用设计，通过AI ISP芯片实现端到端降噪优化。而CCD因制造成本高、集成度低，逐渐退出车载市场，仅在特定科研领域保留应用。

对于ADAS环视系统选型，建议优先选择车规级CMOS传感器，重点关注以下参数：

噪声指标：读取噪声≤1.5e-，FPN≤0.3e-;

动态范围：≥100dB，支持多曝光HDR;

温度适应性：满足AEC-Q100 Grade 2认证，高温下性能衰减≤10%;