第二章--影像获取技术-CCD-CMOS2.ppt

3.4 CMOS图像传感器的工作流程 3.5 CMOS成像器件的辅助电路 3.6 CMOS图像传感器的特性参数 3.7 典型CMOS图像传感器 3.6.1 IBIS4 SXGA型CMOS成像器件 a. 成像器件的原理结构 3.6.2 CMOS成像器件的像敏单元结构 FUGA1000图像传感器 3.6.3 高速CMOS图像传感器 3.7 CMOS摄像机 MC1300高速CMOS摄像机 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 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。 数码相机的外形 CCD数码照相机的结构 数码相机的结构解剖（索尼F828） CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片 CCD数码摄像机 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视频摄像头 CMOS视频摄像头的外部结构 CMOS视频摄像头的外形及内部结构 1.用DC拍摄景物时，景物反射的光线通过DC的镜头透射到CCD上。 2.当CCD曝光后，光电二极管产生信号电荷 3.CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。 4.经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高低成正比。这些数值其实就是图像的数据了. 5. 图像数据还不能直接生成图像，还要输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色彩校正、白平衡处理等后期处理，编码为DC所支持的图像格式、分辨率等数据格式，然后才会被存储为图像文件。 CCD和CMOS图像传感器的应用 风云一号卫星可以对 地球上空的云层分布 进行逐行扫描 CCD立体相机 前中后三层影像合成三维图片 激光高度计 (高度5m、分辨率1m) 干涉成像光谱仪 γ射线相机 X射线相机 微波探测仪 (土壤厚度、氦-3) 高能粒子探测器 低能离子探测器 元素探测 探测地月间的环境 CCD用于图像记录 三基色分离原理 CCD CMOS图像传感器 CMOS图像传感器的特性参数与CCD的特性参数基本趋于一致；近年来，CMOS成像器件取得重大进展，已接近于CCD。 a．光谱性能与量子效率 CMOS成像器件的光谱性能和量子效率取决于它的像敏单元（光电二极管）。图8-30所示为CMOS图像传感器的光谱响应特性曲线。光谱范围为350～1 100nm，峰值响应波长在700nm附近，峰值波长响应度已达到0.4A/W。 b．填充因子 填充因子是光敏面积对全部像敏面积之比，它对器件的灵敏度、噪声、时间响应、模传递函数MTF等的影响很大。 因为CMOS图像传感器包含有驱动、放大和处理电路，它将占据一定的表面面积，因而降低了器件的填充因子。被动像元结构的器件具有的附加电路少，填充因子会大些；大面积的图像传感器结构，光敏面积所占比例大一些。提高填充因子使光敏面积占据更大的表面面积是充分利用半导体制造大光敏面图像传感器的关键。一般来说，提高填充因子的方法有以下两种。 （1）采用微透镜法 如图8-31所示，CMOS成像器件的上方安装一层矩形的面阵微透镜，它将入射到像敏单元的光线会聚到各个面积很小的光敏单元，使填充因子能提高到90%。 （2）采用特殊的像元结构 图8-32所示为一种填充因子较高的CMOS像敏单元结构，它的表面为光电二极管和其他电路，二者是隔离的。在光电二极管的N+区下面增加了N区，用于接收扩散的光电子；而在N+的下面设置P+静电阻挡层，用于阻挡光电子进入其他电路。 图8-33所示为像元两个截面的电位分布图。两个截面电位分布的差别主要在A截面的P+区和 B截面对应