圖像傳感器是現代電子設備中不可或缺的組成部分，廣泛應用于手機、相機、監控系統、醫療成像、工業檢測等領域。它負責將光信號轉換為電信號，從而實現圖像的捕獲和處理。

一、圖像傳感器的類型

圖像傳感器主要分為兩大類：電荷耦合器件（Charge-Coupled Device，CCD）和互補金屬氧化物半導體（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS）。兩者在性能、成本、功耗等方面有所不同。

1. CCD圖像傳感器

CCD傳感器以其高靈敏度、高信噪比和優異的圖像質量而聞名。它們通常用于專業攝影和高端成像設備。CCD傳感器的主要特點包括：

• 高量子效率 ：能夠更有效地將光信號轉換為電信號。
• 低噪聲 ：在低光照條件下也能提供清晰的圖像。
• 高動態范圍 ：能夠捕捉到更廣泛的亮度和色彩范圍。

2. CMOS圖像傳感器

CMOS傳感器以其低成本、低功耗和高集成度而受到青睞。它們廣泛應用于消費電子產品，如智能手機和數碼相機。CMOS傳感器的主要特點包括：

• 低成本 ：制造過程相對簡單，成本較低。
• 低功耗 ：在工作時消耗的電能較少。
• 高集成度 ：可以集成更多的功能，如自動對焦、圖像穩定等。

二、圖像傳感器的基本參數

圖像傳感器的基本參數決定了其性能和適用性。以下是一些關鍵參數：

1. 分辨率

分辨率是圖像傳感器能夠捕捉的像素數量，通常以像素數（如1200萬像素）表示。分辨率越高，圖像的細節越豐富。

• 有效像素 ：實際用于成像的像素數量。
• 總像素 ：傳感器上所有像素的總和，包括用于圖像處理和校正的像素。

2. 像素尺寸

像素尺寸是指單個像素的物理尺寸，通常以微米（μm）表示。像素尺寸越大，能夠捕獲的光量越多，從而提高圖像質量。

• 大像素 ：在低光照條件下表現更好，但分辨率可能較低。
• 小像素 ：分辨率更高，但在低光照條件下可能表現不佳。

3. 動態范圍

動態范圍是指圖像傳感器能夠捕捉的亮度范圍，通常以比值（如1:10000）表示。高動態范圍意味著傳感器能夠在高對比度場景中捕捉到更多的細節。

4. 量子效率

量子效率（Quantum Efficiency，QE）是指傳感器將光信號轉換為電信號的效率。高量子效率意味著傳感器對光的敏感度更高，能夠在低光照條件下捕捉到更多的細節。

5. 信噪比（SNR）

信噪比是指圖像傳感器輸出信號與噪聲的比值。高信噪比意味著圖像質量更高，噪點更少。

三、圖像傳感器的高級參數

除了基本參數外，還有一些高級參數可以進一步影響圖像傳感器的性能。

1. 色彩濾光陣列（Color Filter Array，CFA）

色彩濾光陣列是覆蓋在圖像傳感器上的彩色濾光片，用于捕捉紅、綠、藍三種顏色的光。常見的CFA包括：

• 拜耳陣列 ：最常用的CFA，以2x2的模式排列紅、綠、藍濾光片。
• Foveon X3 ：一種三層CFA，能夠在同一像素上捕捉紅、綠、藍三種顏色的光。

2. 讀出噪聲

讀出噪聲是在圖像傳感器讀取過程中產生的噪聲。低讀出噪聲有助于提高圖像質量，尤其是在高ISO設置下。

3. 暗電流

暗電流是圖像傳感器在無光照條件下產生的電流。暗電流越低，傳感器在長時間曝光或低光照條件下的性能越好。

4. 幀率

幀率是指圖像傳感器每秒能夠捕獲的圖像幀數。高幀率適合動態場景的捕捉，如視頻錄制。

5. 滾動快門與全局快門

• 滾動快門 ：在不同時間點逐行讀取圖像，可能導致運動模糊。
• 全局快門 ：同時讀取整個圖像，適合捕捉快速運動的物體。