数字影像传感器课件

1、数字影像传感器1533352 胡建平什么是数字影像？模拟影像、数字影像数字影像完全以一种有规则的数字量集合来表现的物理图案特点：可后处理，但空间离散。模拟影像以一种直观的物理量来连续地、形象地表现出另一种物理特性的图案。空间连续、直观；但无法改变或后处理。什么是数字影像？模拟影像数字影像高分辨率数字影像什么是数字影像传感器？是生成数字影像的关键设备。又称感光元件，是一种将光学图像转换成电子信号的设备。被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。传感器单反相机工业相机数字影像传感器的分类CCD传感器CMOS传感器LBCAST感光芯片Foveon X3感光芯片主流传感器CCD传感器发展史1969年，

2、由美国的贝尔研究室开发出来。同年，日本的SONY公司也开始研究CCD。1973年1月，SONY中研所发表第一个以96个图素并以线性感知的二次元影像传感器“8*8 (64图素) FT方式三相CCD”。1974年6月，彩色影像用的FT方式32*64CCD研究成功。1980年，SONY 发表全世界第一个商品化的CCD摄影机 (编号XC-1) 。1981年，发表了28万个图素的 CCD (电子式稳定摄影机MABIKA)。CCD发明者维拉博伊尔和乔治史密斯CCD传感器发展史1983年，19万个图素的IT方式CCD量产成功。1984年，发表了低污点高分辨率的CCD。1987年，1/2 英寸25万图素的 C

3、CD，在市面上销售。同年，发表2/3英寸38万图素的CCD，且在市面上销售。2013年，加拿大DALSA公司生产出1亿像素的CCD数字相机IOE3KabanIOE3-KabanCCD的组成结构：上层：增光镜片中层：色块网格 下层：感应线路 CCD组成结构色块网络增加受光面积，提高感光度，使得提升CCD总像素的同时，维持CCD的标准体积分光滤色片，帮助CCD具有色彩辨识的能力。透过分色滤片，CCD 可以分开感应不同光线的成分将色彩进行信号数字化CCD的分色原理：2种分色方式：RGB原色分色法CMYG补色分色法RGB原色分色法绿色过滤片个数最多：自然光绿色占比最大CCD的分色原理：2种分色方式：R

4、GB原色分色法CMYG补色分色法CMYG补色分色法补色CCD的优点是色阶较宽、色彩混合变化多及细致。缺点是色彩过于细致使影像表现较柔及不够鲜明，并且对于后期数字影像处理在调色不易，容易产生色散或偏色的问题。CMOS传感器Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体)主要是利用硅和锗两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现光线数字化。因为这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。CMOSCMOS传感器发展史70年代初CMOS传感器在NASA的Jet Propulsion Laboratory(JPL

5、)制造成功；80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型 图像传感器件；1995年像元数为（128128）的高性能CMOS有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功；1997年英国爱丁堡VLSI Version公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化；2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。CMOS传感器分类无源像素图像传感器（Passive Pixel Sensor，PPS）性噪比低，成像质量差有源像素图像传感器（Active Pixel Sensor，APS）灵敏度高，成像质量好；目前市

6、场占有率高影响CMOS传感器性能的主要问题噪声影响CMOS传感器性能的首要问题；包括固定图形噪声FPN(Fixed pattern noise)、暗电流噪声、热噪声等。固定图形噪声产生原因：一束同样的光照射到两个不同的像素上产生的输出信号不完全相同，噪声即被引入。应对方案：双采样或相关双采样技术。暗电流噪声产生原因：物理器件不可能是理想的，如同亚阈值效应一样，由于杂质、受热等其他原因的影响，即使没有光照射到像素，像素单元也会产生电荷，这些电荷产生了暗电流。应对方案：采取降温手段或者从已获得的图像信号中减去参考暗电流信号。影响CMOS传感器性能的主要问题像素饱和与溢出模糊类似于放大器由于线性区的

7、范围有限而存在一个输入上限，CMOS图像传感芯片也有一个输入的上限。若输入光信号超过此上限，像素单元将饱和而不能进行光电转换，从而导致溢出模糊。应对方案：溢出模糊可通过在像素单元内加入自动泄放管来克服，泄放管可以有效地将过剩电荷排出。但是，这只是限制了溢出，却不能使像素真实还原出图像。CCD传感器与CMOS传感器比较CCD传感器图像质量高、抗噪能力强、相机设计灵活性好外部电路的增加使得系统尺寸增大CCD更适合于对相机性能要求非常高而对成本控制不太严格的应用领域，如天文，高清晰度的医疗X光影像、和其他需要长时间曝光，对图像噪声要求严格的科学应用。天文医学应用CCD传感器与CMOS传感器比较CMOS传感器成品率高、集成度高、功耗小、价格低图像品质略次于CCD，不过随着最新发展，差距越来越小CMOS的水平使它们更适合应用于要求空间小、体积小、功耗低而对图像噪声和质量要求不是特别高的场合。如大部分有辅助光照明的工业检测应用、安防保安应用、和大多数消费型商业数码相机应用。数码相机工业检测安防相机CCD传感器与CMOS传感器主要技术参数了解CCD和CMOS芯片主要参数对于产品选型是非常重要的1.像素尺寸指芯片像元阵列上每个像元的实际物理尺寸；通常尺寸包括14um,10um, 9um , 7um , 6.45um 等；反映芯片对光的响应能力，像元尺寸越大，在同样的光照条件和曝光时间内产