第7章2 图像传感器

图像传感器图像传感器属于光电元件类。CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用光敏二极管进行光电转换，将图像转换为数据。一、CCD图像传感器CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。CCD是由高感光度的半导体材料制成，能把光信号转变成电荷。（一）CCD的基本工作原理一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。将传感器中的每一个光敏元称作为一个“像素”。“像素”相关知识像素是用来计算数码影像的一种单位，如同摄影的相片一样，数码影像也具有连续性的浓淡阶调，我们若把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”（Pixel）。这种最小的图形的单元能在屏幕上显示通常是单个的染色点。越高位的像素，其拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。“像素”相关知识相机所说的像素，其实是最大像素的意思，像素是分辨率的单位，这个像素值仅仅是相机所支持的有效最大分辨率。30万≈640×48050万≈800×600130万≈1280×960200万≈1600×1200500万≈2560×1920800万≈3264×24881400万≈4536×3024CCD图象传感器的制造过程CCD图象处理器结构图CCD光敏元显微照片CCD读出移位寄存器的数据面显微照片彩色CCD显微照片（放大7000倍）（二）CCD图像传感器的分类1.线阵CCD2.面阵CCD面阵CCD能在x、y两个方向实现电子自扫描，可以获得二维图像。面阵CCD外形200万像素的面阵CCD1600万像素的面阵CCD（三）CCD的基本特性参数CCD的特性参数有光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。（四）CCD图像传感器的应用线阵CCD在扫描仪中的应用线阵CCD在图像扫描中的应用线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控风云一号卫星可以对地球上空的云层分布进行逐行扫描线阵CCD用于字符识别CCD数码照相机数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。CCD用于图像记录单反数码相机的外形三基色（红绿蓝）分离原理CCD数码照相机的结构数码相机的结构解剖（索尼F828）CCDCCD数码摄像机二、CMOS图像传感器CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。CMOS图象处理器结构图CMOS视频摄像头带红外LED照明的CMOS视频摄像头CMOS视频摄像头的外部结构CMOS视频摄像头的外形及内部结构