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cmos圖像傳感器,CMOS圖像傳感器的介紹

來源:整理 時間:2023-09-02 07:42:38 編輯:智能門戶 手機版

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1,CMOS圖像傳感器的介紹

CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器,與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅(qū)動器、列驅(qū)動器、時序控制邏輯、AD轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉(zhuǎn)換、積分、讀出幾部分。

CMOS圖像傳感器的介紹

2,CMOS傳感器是什么

CMOS應用于最多是圖像傳感器,名稱來源與它的制造工藝,即互補性氧化金屬半導體。CMOS圖像傳感器與現(xiàn)代的半導體工業(yè)的生產(chǎn)工藝相容。絕大多數(shù)的集成電路芯片都使用的低電阻率的半導體材料和工藝來制造.
cmos(complementary metal-oxide-semiconductor),中文學名為互補金屬氧化物半導體,它本是計算機系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片,保存了系統(tǒng)引導最基本的資料。后來發(fā)現(xiàn)cmos經(jīng)過加工也可以作為數(shù)碼攝影中的圖像傳感器.

CMOS傳感器是什么

3,什么是CMOS傳感器

數(shù)碼相機傳感器的一種comple-mentary metal-oxicle-semiconductor,中文譯為"互補金屬氧化物半導體" 也是是感應光線的電路裝置的一種,現(xiàn)在佳能數(shù)碼相機普遍采用這種感光裝置。另一種是ccdCCD既為"電子耦合組件"(charged coupled device),它就像傳統(tǒng)相機的底片一樣的感光系統(tǒng),是感應光線的電路裝置,你可以將它想象成一顆顆微小的感應粒子,鋪滿在光學鏡頭后方,當光線與圖像從鏡頭透過、投射到ccd表面時,ccd就會產(chǎn)生電流,將感應到的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成數(shù)碼資料儲存起來。ccd像素數(shù)目越多、單一像素尺寸越大,收集到的圖像就會越清晰。因此,盡管ccd數(shù)目并不是決定圖像品質(zhì)的唯一重點,我們?nèi)匀豢梢园阉敵上鄼C等級的重要判準之一

什么是CMOS傳感器

4,cmos圖像傳感器的工作原理

CMOS/CCD圖像傳感器的工作原理  無論是CCD還是CMOS,它們都采用感光元件作為影像捕獲的基本手段,CCD/CMOS感光元件的核心都是一個感光二極管(photodiode),該二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生輸出電流,而電流的強度則與光照的強度對應。但在周邊組成上,CCD的感光元件與CMOS的感光元件并不相同,前者的感光元件除了感光二極管之外,包括一個用于控制相鄰電荷的存儲單元,感光二極管占據(jù)了絕大多數(shù)面積—換一種說法就是,CCD感光元件中的有效感光面積較大,在同等條件下可接收到較強的光信號,對應的輸出電信號也更明晰。而CMOS感光元件的構(gòu)成就比較復雜,除處于核心地位的感光二極管之外,它還包括放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路,每個像點的構(gòu)成為一個感光二極管和三顆晶體管,而感光二極管占據(jù)的面積只是整個元件的一小部分,造成CMOS傳感器的開口率遠低于CCD(開口率:有效感光區(qū)域與整個感光元件的面積比值);這樣在接受同等光照及元件大小相同的情況下,CMOS感光元件所能捕捉到的光信號就明顯小于CCD元件,靈敏度較低;體現(xiàn)在輸出結(jié)果上,就是CMOS傳感器捕捉到的圖像內(nèi)容不如CCD傳感器來得豐富,圖像細節(jié)丟失情況嚴重且噪聲明顯,這也是早期CMOS傳感器只能用于低端場合的一大原因。CMOS開口率低造成的另一個麻煩在于,它的像素點密度無法做到媲美CCD的地步,因為隨著密度的提高,感光元件的比重面積將因此縮小,而CMOS開口率太低,有效感光區(qū)域小得可憐,圖像細節(jié)丟失情況會愈為嚴重。因此在傳感器尺寸相同的前提下,CCD的像素規(guī)模總是高于同時期的CMOS傳感器,這也是CMOS長期以來都未能進入主流數(shù)碼相機市場的重要原因之一?! ∶總€感光元件對應圖像傳感器中的一個像點,由于感光元件只能感應光的強度,無法捕獲色彩信息,因此必須在感光元件上方覆蓋彩色濾光片。在這方面,不同的傳感器廠商有不同的解決方案,最常用的做法是覆蓋RGB紅綠藍三色濾光片,以1:2:1的構(gòu)成由四個像點構(gòu)成一個彩色像素(即紅藍濾光片分別覆蓋一個像點,剩下的兩個像點都覆蓋綠色濾光片),采取這種比例的原因是人眼對綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術(shù)則將其中的一個綠色濾光片換為翡翠綠色(英文Emerald,有些媒體稱為E通道),由此組成新的R、G、B、E四色方案。不管是哪一種技術(shù)方案,都要四個像點才能夠構(gòu)成一個彩色像素,這一點大家務必要預先明確?! ≡诮邮芄庹罩螅泄庠a(chǎn)生對應的電流,電流大小與光強對應,因此感光元件直接輸出的電信號是模擬的。在CCD傳感器中,每一個感光元件都不對此作進一步的處理,而是將它直接輸出到下一個感光元件的存儲單元,結(jié)合該元件生成的模擬信號后再輸出給第三個感光元件,依次類推,直到結(jié)合最后一個感光元件的信號才能形成統(tǒng)一的輸出。由于感光元件生成的電信號實在太微弱了,無法直接進行模數(shù)轉(zhuǎn)換工作,因此這些輸出數(shù)據(jù)必須做統(tǒng)一的放大處理—這項任務是由CCD傳感器中的放大器專門負責,經(jīng)放大器處理之后,每個像點的電信號強度都獲得同樣幅度的增大;但由于CCD本身無法將模擬信號直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,因此還需要一個專門的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進行處理,最終以二進制數(shù)字圖像矩陣的形式輸出給專門的DSP處理芯片。而對于CMOS傳感器,上述工作流程就完全不適用了。CMOS傳感器中每一個感光元件都直接整合了放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換邏輯,當感光二極管接受光照、產(chǎn)生模擬的電信號之后,電信號首先被該感光元件中的放大器放大,然后直接轉(zhuǎn)換成對應的數(shù)字信號。換句話說,在CMOS傳感器中,每一個感光元件都可產(chǎn)生最終的數(shù)字輸出,所得數(shù)字信號合并之后被直接送交DSP芯片處理—問題恰恰是發(fā)生在這里,CMOS感光元件中的放大器屬于模擬器件,無法保證每個像點的放大率都保持嚴格一致,致使放大后的圖像數(shù)據(jù)無法代表拍攝物體的原貌—體現(xiàn)在最終的輸出結(jié)果上,就是圖像中出現(xiàn)大量的噪聲,品質(zhì)明顯低于CCD傳感器。

5,CMOS圖像傳感器的簡介

在CMOS圖像傳感器芯片上還可以集成其他數(shù)字信號處理電路,如AD轉(zhuǎn)換器、自動曝光量控制、非均勻補償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等,為了進行快速計算甚至可以將具有可編程功能的DSP器件與CMOS器件集成在一起,從而組成單片數(shù)字相機及圖像處理系統(tǒng)。1963年Morrison發(fā)表了可計算傳感器,這是一種可以利用光導效應測定光斑位置的結(jié)構(gòu),成為CMOS圖像傳感器發(fā)展的開端。1995年低噪聲的CMOS有源像素傳感器單片數(shù)字相機獲得成功。CMOS圖像傳感器具有以下幾個優(yōu)點:1)、隨機窗口讀取能力。隨機窗口讀取操作是CMOS圖像傳感器在功能上優(yōu)于CCD的一個方面,也稱之為感興趣區(qū)域選取。此外,CMOS圖像傳感器的高集成特性使其很容易實現(xiàn)同時開多個跟蹤窗口的功能。2)、抗輻射能力。總的來說,CMOS圖像傳感器潛在的抗輻射性能相對于CCD性能有重要增強。3)、系統(tǒng)復雜程度和可靠性。采用CMOS圖像傳感器可以大大地簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。4)、非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式。5)、優(yōu)化的曝光控制。值得注意的是,由于在像元結(jié)構(gòu)中集成了多個功能晶體管的原因,CMOS圖像傳感器也存在著若干缺點,主要是噪聲和填充率兩個指標。鑒于CMOS圖像傳感器相對優(yōu)越的性能,使得CMOS圖像傳感器在各個領域得到了廣泛的應用。美國高清高速CMOS圖像傳感器DYNAMAX-11:潘納維申影像這顆新的傳感器含有的全局電子曝光快門技術(shù),極大地改善了工業(yè)成像在室內(nèi)和室外的應用。這顆新發(fā)布的DYNAMAX-11圖像傳感器適合用于機器視覺、安防監(jiān)控、智能交通、生命科學、生物醫(yī)療、科學影像、高清錄像、電視廣播等工業(yè)成像領域。這顆新發(fā)布的DYNAMAX-11圖像傳感器含有320萬像素,像素大小為5.0?m × 5.0?m。DYNAMAX-11具有以下一些特點:1:高靈敏度,低噪聲。DYNAMAX-11在卷簾曝光的模式下,可以實現(xiàn)小于4 electrons rms噪聲,在全局曝光的模式下,可以實現(xiàn)小于8 electrons rms噪聲。2:寬的光譜響應范圍,覆蓋從可見光到紅外。3: DYNAMAX-11具有快速的輸出能力,可以達到全尺寸3.2M輸出時,60幀/秒,和HDTV1920*1080輸出時,72幀/秒的輸出速度。4:高動態(tài)模式下的動態(tài)范圍可達120分貝.DYNAMAX-11采用了CLCC封裝,非常便于客戶的安裝焊接和結(jié)構(gòu)設計。DYNAMAX-11 適合3/4英寸的光學尺寸。同時,DYNAMAX-11對應高清電視格式要求(HDTV,1080i,16:9),也設計了感興趣區(qū)域的2/3英寸的200萬像素光學格式(對角線11毫米)。DYNAMAX-11彩色和黑白兩種芯片的樣片正提供給PVI的客戶.
在CMOS圖像傳感器芯片上還可以集成其他數(shù)字信號處理電路,如AD轉(zhuǎn)換器、自動曝光量控制、非均勻補償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等,為了進行快速計算甚至可以將具有可編程功能的DSP器件與CMOS器件集成在一起,從而組成單片數(shù)字相機及圖像處理系統(tǒng)。1963年Morrison發(fā)表了可計算傳感器,這是一種可以利用光導效應測定光斑位置的結(jié)構(gòu),成為CMOS圖像傳感器發(fā)展的開端。1995年低噪聲的CMOS有源像素傳感器單片數(shù)字相機獲得成功。CMOS圖像傳感器具有以下幾個優(yōu)點:1)、隨機窗口讀取能力。隨機窗口讀取操作是CMOS圖像傳感器在功能上優(yōu)于CCD的一個方面,也稱之為感興趣區(qū)域選取。此外,CMOS圖像傳感器的高集成特性使其很容易實現(xiàn)同時開多個跟蹤窗口的功能。2)、抗輻射能力??偟膩碚f,CMOS圖像傳感器潛在的抗輻射性能相對于CCD性能有重要增強。3)、系統(tǒng)復雜程度和可靠性。采用CMOS圖像傳感器可以大大地簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。4)、非破壞性數(shù)據(jù)讀出方式。5)、優(yōu)化的曝光控制。值得注意的是,由于在像元結(jié)構(gòu)中集成了多個功能晶體管的原因,CMOS圖像傳感器也存在著若干缺點,主要是噪聲和填充率兩個指標。鑒于CMOS圖像傳感器相對優(yōu)越的性能,使得CMOS圖像傳感器在各個領域得到了廣泛的應用

6,什么是CMOS圖象傳感器

CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導體。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體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導體,這兩個互補效應所產(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。CCD的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好,但是由于制造工藝復雜,只有少數(shù)的廠商能夠掌握,所以導致制造成本居高不下,特別是大型CCD,價格非常高昂。
charge coupled device (ccd) 電荷耦合器件。ccd是一種半導體裝置,能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 ccd上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(pixel)。一塊ccd上包含的像素數(shù)越多,其提供的畫面分辨率也就越高。ccd的作用就像膠片一樣,但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。ccd在攝像機、數(shù)碼相機和掃描儀中應用廣泛,只不過攝像機中使用的是點陣ccd,即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像,而掃描儀中使用的是線性ccd,它只有x一個方向,y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成。 ccd它使用一種高感光度的半導體材料制成,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。 ccd,是英文charge coupled device 即電荷耦合器件的縮寫,它是一種特殊半導體器件,上面有很多一樣的感光元件,每個感光元件叫一個像素。ccd在攝像機里是一個極其重要的部件,它起到將光線轉(zhuǎn)換成電信號的作用,類似于人的眼睛,因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。   衡量ccd好壞的指標很多,有像素數(shù)量,ccd尺寸,靈敏度,信噪比等,其中像素數(shù)以及ccd尺寸是重要的指標。像素數(shù)是指ccd上感光元件的數(shù)量。攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成,每個點就是一個像素。顯然,像素數(shù)越多,畫面就會越清晰,如果ccd沒有足夠的像素的話,拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響,因此,理論上ccd的像素數(shù)量應該越多越好。但ccd像素數(shù)的增加會使制造成本以及成品率下降,而且在現(xiàn)行電視標準下,像素數(shù)增加到某一數(shù)量后,再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯,因此,一般一百萬左右的像素數(shù)對一般的使用已經(jīng)足夠了。 單ccd攝像機是指攝像機里只有一片ccd并用其進行亮度信號以及彩色信號的光電轉(zhuǎn)換,其中色度信號是用ccd上的一些特定的彩色遮罩裝置并結(jié)合后面的電路完成的。由于一片ccd同時完成亮度信號和色度信號的轉(zhuǎn)換,因此難免兩全,使得拍攝出來的圖像在彩色還原上達不到專業(yè)水平很的要求。為了解決這個問題,便出現(xiàn)了3ccd攝像機。3ccd,顧名思義,就是一臺攝像機使用了3片ccd。我們知道,光線如果通過一種特殊的棱鏡后,會被分為紅,綠,藍三種顏色,而這三種顏色就是我們電視使用的三基色,通過這三基色,就可以產(chǎn)生包括亮度信號在內(nèi)的所有電視信號。如果分別用一片ccd接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號,然后經(jīng)過電路處理后產(chǎn)生圖像信號,這樣,就構(gòu)成了一個3ccd系統(tǒng)。   和單ccd相比,由于3ccd分別用3個ccd轉(zhuǎn)換紅,綠,藍信號,拍攝出來的圖像從彩色還原上要比單ccd來的自然,亮度以及清晰度也比單ccd好。但由于使用了三片ccd,3ccd攝像機的價格要比單ccd貴很多。 數(shù)碼相機規(guī)格表中的ccd一欄經(jīng)常寫著“1/2.7英寸ccd”等。這里的“1/2.7英寸”就是ccd的尺寸,實際上就是ccd對角線的長度。 現(xiàn)有的數(shù)碼相機一般采用1/2.7英寸、1/2.5英寸和1/1.8英寸等尺寸的ccd。ccd是受光元件(像素)的集合體,接收透過鏡頭的光并將其轉(zhuǎn)換為電信號。在像素數(shù)一樣的情況下,ccd尺寸越大單位像素就越大。這樣,單位像素可以收集更多的光線,因此,理論上可以說有利于提高畫質(zhì)。 但是,數(shù)碼相機畫質(zhì)的好壞不僅是由ccd決定的。鏡頭以及通過ccd輸出的電信號形成圖像的電路的性能等也能夠影響到相機的畫質(zhì)。所謂的“大尺寸ccd=高畫質(zhì)”是不正確的。例如,雖然1/2.7英寸比1/1.8英寸尺寸小,但配備1/2.7英寸ccd的數(shù)碼相機并沒有受到畫質(zhì)不好的批評。 現(xiàn)在,袖珍數(shù)碼相機日趨小巧輕便,出于設計上的考慮,其中大多采用1/2.7英寸的小型ccd。 順便說一句,1/2.7英寸的“型”有時也寫作“inch”,不過,在這里不是普通的“1英寸=25.4mm”。由于結(jié)合了ccd亮相前攝像機上使用的攝像管和顯示方式,因此,習慣上采用比較特殊的尺寸。1/2.7英寸為6.6mm,1/1.8英寸約為9mm。
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