图像传感器及其应用——知识讲义

《图像传感器及其应用——知识讲义》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、像传感器及其应用一、图像传感器介绍（一）图像传感器简介图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（ChargeCoupledDevice,电荷稱合元件）和CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor,金属氧化物半导体元件）W大类。（二）CCD图像传感器CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元什，CMOS则疲用于较低影像品质的产品中，它的优点是制造成本较CCD更低，功耗也低得多，这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上宥较大的不同，但CCD和CMOS两者性能差距不是

2、很大，只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些，但该fnj题已经基木得到解决。CCD元件的尺、？多为於英、j•或者1/4英、I,在相同的分辨率下，宜选择元件尺寸较大的为好。图像传感器又叫感光元件。（三）CMOS图像传感器在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、0动曝光量校制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。1963年Morrison发表了可计算传感器，这是-•种可以利用光导效应测定光斑位置的结构，成为CMOS

3、图像传感器发展的开端。1995年低噪声的CMOS冇源像素传感器单片数字相机获得成功。CMOS图像传感器具冇以下几个优点：1）、随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优丁•CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同吋开多个跟踪窗UI的功能。2）、抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能冇重要増强。3）、系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。4）、非破坏性数据读出方式。5）、优化的曝光控制。值得注意的是，中于在像元结构中集成了多个

4、功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。二、CCD图像传感器（一）CCD发展历史感光器件是工业摄像机最为核心的部件，图像传感器有CMOS和CCD两种。CCD特有的工艺，具有低照度效果好、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点，在交通、医疗等高端领域中广泛应用。由于其成像方面的优势，在很长时间内还会延续采用，但同吋由于其成木高、功耗大也制约Y其市场发展的空间。CCD与CMOS在不同的应用场景下各有优势，但随着CMOS工艺和技术的不断提升，

5、以及高端CMOS价格的不断下降，相信在安防行业高清摄像机未来的发展屮，CMOS将占据越来越越重要的地位。CCD（ChargedCoupledDevice）于1969年在W尔试验室研制成功，之后由H商等公司开始量产，其发展历程已经将近30多。CCD又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机（DSC）、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。（二）CCD传感器特点1.高解析度像点的大小为um级，可感测及识别精细物体，提高影像品质。从1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到推出的於寸，像素数目从10多万增

6、加到400〜500万像素；2.低杂讯CCD具有很低的读出杂讯和暗电流杂讯，因此提高了信噪比（SNR）,同时乂具高敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被掩盖，使CCD的应用较不受天候拘束；3.动态范围广同时侦测及分辨强光和弱光，提高系统环境的使用范围，不因亮度差异大而造成信号反差现象。4.良好的线性特性曲线入射光源强度和输出讯号大小成良好的正比关系，物体资讯不致损失，降低信号补偿处理成本；5.高光子转换效率很微弱的入射光照射都能被记录下来，若配合影像增强管及投光器，即使在暗夜远处的景物仍然还可以侦测得到；6.大面积感光利用半导体技术已可制造大而积的CCD晶片

7、，与传统底片尺寸相当的35mm的CCD已经开始应用在数码相机屮，成为取代专业有利光学相机的关键元件；7.光谱响应广能检测很宽波长范围的光，增加系统使用弹性，扩大系统应用领域；8.低影像失真使用CCD感测器，其影像处理不会有失真的情形，使原物体资讯忠实地反应出来；9.体积小、重量轻CCD具备体积小且重量轻的特性，因此，可容易地装置在人造卫星及各式导航系统上；1.低牦电力2.不受强电磁场影响3.电荷传输效率佳该效率系数影响信噪比、解像率，13.可大批量生产，品质稳定，坚若电荷传输效率不住，影像将变较模糊;固，不易老化，使用方便及保养容易。（三）CCD传感器的应用CM