图像传感器是什么及其工作原理

图像传感器

如果说眼睛是人类和动物的图像接收器,那么图像传感器就是电子设备的图像接收器。随着半导体技术、数码影像技术的迅速发展,图像传感器被广泛应用在影视、通信、IT等领域,与我们的生活息息相关。

自电荷耦合器件CCD发明以来,固态图像传感器已蔓延到各类消费市场,如小型摄像机与数码相机。除了最大的智能手机市场之外,远程视频会议网络摄像头、安全监控摄像头辅助驾驶与自动驾驶系统的汽车摄像头,对图像传感器的需求正迅速扩大。下面,我们将介绍图像传感器的有关知识。

 

摄像头传感器

图像传感器是什么?

图像传感器包括:照射原图的光源、上面安装有多个传感器芯片的传感器板、以及直接连接于所述光源的引线端和所述传感器板的输入/输出端的单独的连接机构,用来在集总结构中实现来自外部的输入和向外部的输出。

图像传感器又分为线型和面型两种,线型图像传感器一般用在传真机及扫描仪之类的产品,面型图像传感器则广泛用于摄录像机、数码相机以及计算机照相机等设备中,并开始用于传统上的非视像产品,如移动电话中。

 

CMOS图像传感器

图像传感器的主要原理

众所周知,计算机不能处理模拟信号而只能处理数字信号,所以我们现实世界的光线不能直接被计算器处理,要想把现实世界纪录成数字影像,就必须把真实的影像通过数字化转变为计算机能够读取写入的格式。

因此我们需要一种东西,能够把光信号转换为电信号,这就是图像传感器产生的由来。在数码成像系统中核心部分是光电传感器件。在可见光范围中的成像光电器件主要有电荷耦合器件CCD传感器、互补金属氧化物半导体CMOS传感器、CIF 等,其中应用最广泛、最有前途的是CCD和CMOS。

 

CCD与CMOS的比较

固体图像传感器分为CMOS器件和CCD器件两大类。CCD是传统的摄像器件,近十几年已经发展得非常成熟。20世纪70年代初,国外已开发出早期的CMOS传感器,但在成像http://www.actionsglobal.com/adminwst-wp/质量等方面不如当时的CCD传感器,因而未获得充分发展。但随着CMOS工艺技术的发展,采用标准工艺生产的CMOS显示出强劲的发展势头。

图像传感器

  1. 分辨率:CMOS 的每个象素都比CCD 复杂,其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平,因此相同尺寸的CCD传感器的分辨率通常会优于 CMOS 传感器。
  2. 噪声:CMOS 每个感光二级体旁都搭配一个ADC放大器,每个放大器之间有细微的差异,很难达到放大同步的效果,同时CMOS 传感器集成度高也比较复杂,各光电传感器件、电路之间距离很近,相互之间的光、电、磁干扰较严重,噪声较大。而CCD只有单个放大器,且采用PN结或二氧化硅(SiO2 )隔离层隔离噪声。
  3. 响应速度:CCD传感器需在同步时钟的控制下以行为单位一位一位地输出信息,速度较慢。而CMOS 传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同时处理各单元的图像信息,输出速度比CCD快很多,而且可以像存储器一样随机访问感兴趣的图像区域。
  4. 集成应用:CMOS 采用半导体工业常用的MOS工艺,可以将周边电路(如A/D、CDS 或DSP 等)整合到单芯片中,而 CCD 必须依赖外部设备。CMOS 的这一优点使它比 CCD 更易集成,成本也更低。
  5. 功耗:CMOS采用主动方式撷取影像,感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的晶体管放大输出。而 CCD则为被动撷取,需外加电压让每个像素中的电荷移动。CMOS使用电源的耗电量非常小,仅为CCD电荷耦合器的 1/8~1/10,CMOS 传感器在节能方面具有很大优势。

 

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