图像传感器自学报告.docx

图像传感器自学报告图像传感器，能感受光学图像信息并转换成可用输出信号的传感器。它是组成数字摄像头的重要组成部分。图像传感器的种类很多，根据图像的分解方式可将图像传感器分成三种类型，即光机扫光电图像传感器(线阵CCD)、电子束扫描图像传感器和固体自扫描图像传感器（面阵CCD和CMOS）。固体自扫描图像传感器是20世纪70年代发展起来的新型图像传感器件，如面阵CCD器件，CMOS图像传感器件等；这类器件本身只有自扫描功能：例如，面阵CCD固体摄像器件的光敏面能够将成像于其上的光学图像转换成电荷密度分布的电荷图像。电荷图像可以在驱动脉冲的作用下按照一定的规则(如电视制)一行行地输出，形成图像信号(或视频信号)。上述三种扫描方式中。电子束扫描方式由于电子束摄像管逐渐被固体图像传感器所取代已逐渐退出舞台。目前光机扫描方式与固体自扫描方式在光电图像传感器中占据主导地位，但是，在有些应用中通过将一些扫描入式组合起来，能够获得性能更为优越的图像传感器、例如，将几个线阵拼接成图像传感器或几个面阵图像传感器拼接起来，再利用机械扫描机构，形成一个视场更大、分辨率更高的图像传感器，以满足的需要。扫描方式有逐行扫描和隔行扫描。扫描是分解图像的方法，这个技术由Nipkov在一个多世纪以前发明，并通过贝尔德在他1928年时下“电视播放”利用其原有的机械表，现今，扫描意味着偏向电子束的一组电荷与部分图像的照度是成比例的。然而，串行寄存授予相似的信号输出用于固体成像器件，也称为扫描。电视扫描的基本原理在于将图片分解到行和列。图片亮度的样本来自图片顶部沿一条线上大量的点。每个样品提供亮度信号的振幅，它是图片每一行的模拟信号，当一行被扫描，扫描的垂直偏转应用，让下一行在短距离扫描。虽然图像应该在扫描行完全的分解，沿着平行线从图像的顶部到底部。电视扫描遵循一个更复杂的模式。隔行扫描的原理被使用，意味着在一组600行中，比如奇数的行，1、3、5、7等等被扫描，在一半的行数299结束，然后返回顶部的两行扫描每一行。作为一种减少电子宽度的方法是历史性的，电视图片的形态固定在垂直重复50次每秒，为了减少闪烁。扫描的概述已说明光电摄像管和CCD集束卷绕装置的建设和应用。电脑显示器不使用隔行扫描，它的操作水平更高和更高的垂直扫描率。CCD图像传感器CCD图像传感器是通过将光学信号转换为数字电信号来实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。光学信号转化为数字信号主要由CCD感光片完成。CCD感光片由三部分组成，即镜片，彩色滤镜和感应电路。镜片和彩色滤镜主要是对接受的光线（即图像）进行一定的预处理，感应电路为CCD传感器的核心，它又可分为光敏元件阵列和电荷转移器件两部分。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CCD图像传感器的应用：（1）CCD图像传感器经过镜头将被观察物聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，然后逐点外移、滤波、放大，最终形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。（2）CCD图像传感器在遥感遥测技术中的应用。1985年在欧洲“spot”卫星上使用大型CCD线阵探测器的扫描成像,CCD线列分别达3000像元和6000像元,地面分辨率达到10m。1991年美国在海湾战争中动用了装有CCD高倍率大型光学望远镜的KH212侦察卫星,它兼有高分辨率和实时数字传输的双重优点。（3）CCD图像传感器在几何尺寸的高速、高精度和非接触测量中的应用CCD尺寸测量技术作为一种非常有效的非接触检测方法,被广泛应用于工件尺寸的在线检测。由CCD器件、光学系统、计算机数据采集和处理系统构成的CCD光电尺寸检测仪的使用范围和优越性是现有的机械式、光学式、电磁式测量仪都无法比拟的。固体图像传感器 固体图像传感器是相当复杂的，并且通常是集成电路形式。原理是使用的光强度对电容器充电，然后通过一个移位寄存器读取电容和电压。数字型移位寄存器的是不适合的，而所使用的设备是CCD，即电荷耦合器件。这是其中一个时钟脉冲可以由一个板传递电荷到另一个板的MOS器件的形式，像移位寄存器的类似物形式。TV摄像机拾取装置的CCD型使用的是大量这样被布置在线路上的装置。按行读出，在每个线路的小区域中，输出信号振幅正比于夜晚亮度，并且一个切换寄存器确保了线列本身在序列被读出。图像质量不需要计较的全尺寸摄像机的相机，但要考虑低分辨率视频录像机（摄像机）和非常小的照相机，装置了CCD的设备具有寿命长，高可靠性，体积小，且不受来自明亮的灯光损坏的优点。光电摄像管摄像管，是电视摄像机中将光的图像转换成电视信号的专用电子束管，是摄像机中的主要元件。摄像管主要由光电转换（光电变换与存储部分）和电子束扫描系统（阅读部分）组成。光电转换器：其作用是将输入景物光的图像转换成电荷图像。光电转换器有光电发射型和光电导型两种。电荷的积累和存储部分：在光电转换器产生电荷图像或电子密度图像的同时，在一帧时间里不断地在储荷介质上积累电荷，以提高灵敏度。电子束阅读部分:由储荷介质将电荷图像转变成电位图像,经过扫描电子束阅读转变成视频输出信号。电子束阅读有快速和慢速两种方式。放大级：摄像管中采用的信号放大方式有移像式增益、靶面次级发射增益、电子激发电导与次级电子电导增益等。光电摄像管原理：感光材料是光敏电阻，现在传统使用氧化物（原来使用三氧化二锑）光敏电