CCD&CMOS原理介绍_讲义

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1、图像传感器原理介绍（CCD和CMOS介绍）kanry_li2012-11-5ImageSensor的分类ImageSensor的分类有两种：1.CCD图像传感器2.CMOS图像传感器CCD图像传感器简介ＣＣＤ（ChargeCoupledDevice，感光耦合组件简称）是摄像系统中可记录光线变化的半导体，通常以百万像素〈megapixel〉为单位CCD发展史1969年，由美国的贝尔研究室所开发出来的。同年，日本的SONY公司也开始研究CCD。1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元影像传感器〝8H*8

2、V(64图素)FT方式三相CCD〞。1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64VCCD研究成功了。1976年8月，完成实验室第一支摄影机的开发。1980年，SONY发表全世界第一个商品化的CCD摄影机(编号XC-1)。1981年，发表了28万个图素的CCD(电子式稳定摄影机MABIKA)。1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。1987年，1/2inch25万图素的CCD，在市面上销售。同年，发表2/3inch38万图素的CCD，且在市面上销售。1990年7月，诞生了全世界

3、第一台V8从信号传输方式上分：全帧传输CCD、隔行传输CCD两种从滤镜类型来分：原色CCD和补色CCD；从感光单元形状和排列方式来分：普通CCD和超级CCDCCD的分类CCD外形尺寸规格1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。2/3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2mm*高2.4mm，对角线4mm。CCD分辨率指的就

4、是ＣＣＤ中有多少像素，也就是指这台数字相机的ＣＣＤ上有多少感光组件。CCD的组成结构CCD和传统底片相比，CCD更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。黑白CCD的组成结构图彩色CCD的组成结构分图CCD的三层结构：上：增光镜片、中：色块网格下：感应线路由微型镜头、马赛克分色网格，及垫于最底层的电子线路矩阵所组

5、成彩色CCD混色（RGB色）原理CCD的第二层是『分色滤色片』，这个部份的作用主要是帮助CCD具备色彩辨识的能力。回到源头，CCD本身仅是光与电感应器，透过分色滤片，CCD可以分开感应不同光线的『成分』，从而在最后影响处理器还原回原始色彩。彩色CCD的原色原理目前CCD有两种分色方式：一是RGB原色分色法，另一个则是CMYG补色分色法，这两种方法各有利弊，过去原色和补色CCD的产量比例约在2：1左右，2003年后由于影像处理引擎的技术和效率进步，目前超过80％都是原色CCD的天下。彩色CCD的补色原理补色CCD由多了一个Y黄色滤色

6、器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分影像分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感度，一般都可设定在800以上。彩色CCD的感光层这层主要是负责将穿透滤色层的光源转换成电子讯号，并将讯号传送到影像处理芯片，将影像还原。这个部份可以说是CCD真正核心的部份，主要的CCD设计大致上分成几个区块。被称为画素Pixel（Photodiodes）感光二极管，主要是应用于光线感应部份，Gate区有一部份被用作电子快门，蓝色区块则是布局为电荷通路，用来传导电荷之用。白色区块就是ChargeDrain，也有称为ShieldedShi

7、ftRegisters，中文或可翻为电荷储存区，主要功用为收集经二极管照射光线后所产生之电荷。CCD工作方式分解CCD结构可以发现，为了帮助CCD能够组合呈彩色影像，网格被发展成具有规则排列的色彩矩阵，这些网格以红R、绿G和蓝B滤镜片所组成（三原色CCD），亦有补色CCD（为CMYG..Y黄色）。每一个CCD组件由上百万个MOS电容所构成（光点的多寡端看CCD的画素而定）。当数字相机的快门开启，来自影像的光线穿过这些马赛克色块会让感光点的二氧化硅材料释放出电子〈负电〉与电洞〈正电〉。经由外部加入电压，这些电子和电洞会被转移到不同极

8、性的另一个硅层暂存起来。电子数的多寡和曝光过程光点所接收的光量成正比。在一个影像最明亮的部位，可能有超过10万个电子被积存起来。CCD工作方式曝光之后所有产生的电荷都会被转移到邻近的移位缓存器中，并且逐次逐行的转换成信号流从矩阵中读取出来。这些强弱