CMOS Image Sensor (Cảm biến hình ảnh CMOS) là gì?

Trong thế giới công nghệ hiện nay, khi nhắc đến các thiết bị có khả năng chụp ảnh hoặc quay video như smartphone, camera an ninh, máy ảnh kỹ thuật số, webcam, máy quét mã vạch hay thậm chí là xe tự lái, chắc chắn không thể bỏ qua một linh kiện cực kỳ quan trọng — đó chính là CMOS Image Sensor (hay còn gọi là Cảm biến hình ảnh CMOS).

CMOS là viết tắt của cụm từ Complementary Metal-Oxide-Semiconductor — Công nghệ bán dẫn bổ sung kim loại-oxit. Đây là công nghệ chế tạo vi mạch cực kỳ phổ biến và là nền tảng để tạo ra CMOS Image Sensor — thành phần có nhiệm vụ chuyển đổi ánh sáng (hình ảnh) thành tín hiệu điện, giúp thiết bị xử lý và hiển thị thành ảnh số mà chúng ta thấy.

2.1. Cấu trúc cơ bản của cảm biến CMOS

Một cảm biến hình ảnh CMOS thường gồm:

• Hàng triệu pixel (điểm ảnh) siêu nhỏ
• Mạch khuếch đại tín hiệu tích hợp ngay tại mỗi pixel
• Bộ chuyển đổi tín hiệu analog sang digital (ADC)
• Bộ xử lý tín hiệu hình ảnh (ISP)
• Mạch đọc và truyền dữ liệu

Mỗi pixel hoạt động như một cảm biến ánh sáng độc lập, ghi nhận lượng ánh sáng chiếu vào và biến nó thành tín hiệu điện.

2.2. Quy trình hoạt động của CMOS Sensor

Quá trình hoạt động diễn ra theo trình tự:

1. Ánh sáng đi qua thấu kính → tới cảm biến
2. Mỗi pixel hấp thụ photon ánh sáng → tạo ra electron (dòng điện nhỏ)
3. Bộ khuếch đại ngay tại pixel giúp tăng cường tín hiệu
4. Bộ ADC chuyển đổi tín hiệu analog sang tín hiệu số (Digital)

5. Bộ xử lý hình ảnh tối ưu hóa tín hiệu (giảm nhiễu, cân bằng trắng, xử lý màu sắc

6. Xuất tín hiệu ảnh ra CPU hoặc bộ nhớ lưu trữ

Hiện nay, công nghệ CMOS đã vượt trội hơn CCD về mọi mặt và gần như chiếm lĩnh toàn bộ thị trường cảm biến hình ảnh.

• Tiêu thụ điện năng thấp → giúp tăng thời lượng pin
• Tốc độ chụp ảnh nhanh → phù hợp quay video tốc độ cao
• Tích hợp dễ dàng nhiều chức năng ngay trong chip (ISP, ADC)
• Giá thành sản xuất rẻ hơn
• Khả năng xử lý đa điểm tốt
• Ít sinh nhiệt hơn
• Thiết kế nhỏ gọn, linh hoạt cho nhiều thiết bị mỏng nhẹ

5.1. Thiết bị điện tử tiêu dùng

• Smartphone, Tablet, Laptop
• Camera selfie, camera sau
• Webcam, Camera IP, Camera an ninh

5.2. Ngành công nghiệp

• Máy quét mã vạch 1D, 2D
• Máy kiểm tra sản phẩm tự động
• Robot công nghiệp, xe tự lái

5.3. Y tế & Khoa học

• Nội soi, chụp X-quang, thiết bị phân tích mẫu
• Kính hiển vi số

5.4. Ô tô & Giao thông

• Camera hành trình, Camera lùi
• Hệ thống cảm biến hỗ trợ lái xe (ADAS)

• Sony (Exmor, Exmor RS, Exmor T)
• Samsung (ISOCELL)
• OmniVision
• ON Semiconductor
• Canon CMOS Sensor
• STMicroelectronics

• Cảm biến stacked (2 lớp) hoặc triple stacked (3 lớp)
• Cảm biến toàn cầu (Global Shutter CMOS)
• Cảm biến tích hợp AI xử lý hình ảnh ngay tại chip
• Cảm biến siêu nhỏ cho thiết bị IoT, thiết bị y tế đeo được
• Công nghệ Quad Bayer, Tetracell, ISOCELL Plus
• Cảm biến đa sắc RGBW, RYYB thay cho RGB truyền thống

CMOS Image Sensor (Cảm biến hình ảnh CMOS) là một trong những công nghệ then chốt, đứng sau sự phát triển mạnh mẽ của thiết bị hình ảnh số trong kỷ nguyên công nghệ hiện đại. Với những ưu điểm vượt trội về tốc độ, hiệu suất, tiêu thụ điện năng thấp và giá thành hợp lý, cảm biến CMOS đang dần trở thành “trái tim” của tất cả các thiết bị hình ảnh mà chúng ta sử dụng hàng ngày.

Việc hiểu rõ về công nghệ CMOS không chỉ giúp người dùng có thêm kiến thức công nghệ mà còn giúp doanh nghiệp, kỹ sư, nhà sản xuất chọn đúng loại cảm biến phù hợp cho sản phẩm của mình.

Một số dòng sản phẩm máy quét mã vạch của hãng Opticon hỗ trợ tiêu chuẩn quét mã vạch theo công nghệ CMOS. Xem thêm tại đây