第7章2 图像传感器.ppt

数码相机的结构解剖（索尼F828） CCD CCD数码摄像机 二、CMOS图像传感器 CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。随着硅晶圆加工技术的进步，CMOS的各项技术指标有望超过CCD，它在图像传感器中的应用也将日趋广泛。 CMOS图象处理器结构图 CMOS视频摄像头 带红外LED照明的CMOS视频摄像头 图像传感器属于光电元件类。CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用光敏二极管进行光电转换，将图像转换为数据。 一、 CCD图像传感器 CCD全称电荷耦合器件，它具备光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、分辨力高、动态范围大等优点。 CCD图像传感器被广泛应用于生活、天文、医疗、电视、传真、通信以及工业检测和自动控制系统。 CCD是由高感光度的半导体材料制成，能把光信号转变成电荷。 （一）CCD的基本工作原理 一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。 将传感器中的每一个光敏元称作为一个“像素”。 “像素”相关知识 像素 是用来计算数码影像的一种单位，如同摄影的相片一样，数码影像也具有连续性的浓淡阶调，我们若把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”（Pixel）。 这种最小的图形的单元能在屏幕上显示通常是单个的染色点。越高位的像素，其拥有的色板也就越丰富，越能表达颜色的真实感。 “像素”相关知识 相机所说的像素，其实是最大像素的意思，像素是分辨率的单位，这个像素值仅仅是相机所支持的有效最大分辨率。 30万 ≈ 640×480 　　50万 ≈ 800×600 　　130万 ≈ 1280×960 　　200万 ≈ 1600×1200 　　500万 ≈ 2560×1920 　　800万 ≈ 3264×2488 　　1400万 ≈ 4536×3024 CCD 图象传感器的制造过程 CCD图象处理器结构图 CCD光敏元显微照片 CCD读出移位寄存器的数据面显微照片 彩色CCD显微照片（放大7000倍） （二）CCD图像传感器的分类 1.线阵CCD 2.面阵CCD 面阵CCD能在x、y两个方向实现电子自扫描，可以获得二维图像。 面阵CCD外形 200万像素的面阵CCD 1600万像素的面阵CCD （三）CCD的基本特性参数 CCD的特性参数有光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺寸等。在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。 （四）CCD图像传感器的应用 线阵CCD在扫描仪中的应用 线阵CCD在图像扫描中的应用 线阵CCD摄像机可用于彩色印刷中的套色工艺监控 风云一号卫星可以对地球上空的云层分布 进行逐行扫描 线阵CCD用于字符识别 CCD数码照相机 数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。 数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器（LCD），内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。 CCD用于图像记录 单反数码相机的外形 三基色（红绿蓝）分离原理 CCD数码照相机的结构