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圖像傳感器的基本知識

1340640 2014-06-11 | docx | 0KB | 次下載 | 1積分

資料介紹

圖像傳感器是傳感技術(shù)中最主要的一個分支，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，它是PC機多媒體大世界今后不可缺少的外設(shè)，也是保安監(jiān)控產(chǎn)業(yè)中最核心的器件，包括光電鼠標(biāo)、支持數(shù)碼照相技術(shù)的手機以及消費電子、醫(yī)藥和工業(yè)市場中的各種新應(yīng)用。每種應(yīng)用都有其獨特的客戶期望、技術(shù)挑戰(zhàn)和系統(tǒng)要求。

　　圖像傳感器根據(jù)元件不同分為CCD、CMOS。

　　CMOS圖像傳感器和CCD攝像器件在20年前幾乎是同時起步的。CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中。由于CCD器件有光照靈敏度高、噪音低、像素小等優(yōu)點，所以在過去15年里它一直主宰著圖像傳感器市場。與之相反，CMOS圖像傳感器過去存在著像素大、信噪比小、分辨率低這些缺點，一直無法和CCD技術(shù)抗衡。但是隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，過去CMOS圖像傳感器制造工藝中不易解決的技術(shù)難關(guān)現(xiàn)已都能找到相應(yīng)解決的途徑，從而大大改善了CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。目前CMOS單元面積的像素數(shù)已可與CCD單元面積的像素數(shù)相比，從而使CMOS圖像傳感器也可以做到高分辨率。如果能將CMOS黑白與彩色圖像傳感器的信噪比再提高10dB，光照靈敏度再提高4～5倍，那么CMOS圖像傳感器取代CCD器件就指日可待了。如果再考慮到CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、高集成這些過去沒有得到充分發(fā)揮的優(yōu)點，在今后都能得到充分發(fā)揮，那么一個嶄新的圖像技術(shù)時代即將來臨。據(jù)保守的估計，到2002年，CCD圖像器件市場的一半將被CMOS圖像傳感器取代。

　　CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device)，它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

　　CMOS：互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N(帶?C電) 和 P(帶+電)級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點, 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。

　　CIS(Contact Image Sensor)：接觸式圖像傳感器于八十年代末應(yīng)運而生，它是由CMOS工藝制作的傳感器IC組成陣列，陣列的長度與原稿相同，光路由CIS本體決定，具有體積小、光路短等特點，組成的系統(tǒng)體積也小，而且安裝簡單，不需要調(diào)整光路，解決了圖像光學(xué)信號均勻性和部件體積問題，便于實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化。

　　CCD的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝想頭使用CCD感應(yīng)器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的標(biāo)準之一。

　　CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小。

　　從產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢看，無論是CCD還是CMOS，其體積小型化及高像素化仍是業(yè)界積極研發(fā)的目標(biāo)。因為像素大則圖像產(chǎn)品的分辨率越高，清晰度越好，體積越小，其應(yīng)用面更廣泛。