CMOS图像传感器原理及应用.ppt

主要内容： CMOS图像传感器的组成 CMOS图像传感器的像素阵列 CMOS图像传感器的基本工作流程 CMOS图像传感器的关键参数 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较 CMOS图像传感器件的应用 CMOS图像传感器的组成 组成： CMOS图像传感器的原理如图所示，通常由像敏单元阵列、行驱动器、列时序控制逻辑、A/D转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成，这几部分通常都被集成在同一块硅片上。 CMOS图像传感器的像素阵列 CMOS图像传感器的像素阵列由大量相同的像素单元组成，这些相同的像素单元是传感器的关键部分。 随着CMOS图像传感器的发展，可以细分为很多类，这里我们依照像素不同类型来分，就可分为两大类：一类是无源像素传感器（CMOS-PPS），另一类是有源像素传感器（CMOS-APS）。 无源像素传感器 有源像素传感器 CMOS图像传感器的基本工作流程 CMOS图像传感器的关键参数 衡量CMOS图像传感器性能的参数有很多,下面对这些参数做简单的介绍: 感光度 分辨率 暗电流 噪声特性 动态范围 快门方式 ISO感光度 ISO值是用来表示传统相机所使用底片的感光度。当ISO数值愈大时，感光度就愈大。 分辨率 先来说一下像素： 像素，即是影像最基本的单位。也就是说将影像放大到不能 再将它分割的影像单位。 而分辨率，是在一个特定的区域内共有多少个像素单位， 该词最早是用来说明工程中单位长度所撷取到『点』的数目，对应在单位上就成了 dpi (dot per inch)。常见单位有： EPI:每一平方英寸共有多少单位数(element per inch)。 DPI:每一平方英寸共有多少点数(dot per inch)。 PPI:每一平方英寸共有多少像素数(pixel per inch)。 LPI:每一平方英寸共有多少条线(line per inch)。 胶片式照相机一般使用35毫米的胶卷。解像度在数百万到一千万点。但是，胶 片经镜头所拍下的成像。有时还比不上100万像素档次的数码相机。100万像素档次 的数码相机，拍摄1024x768点阵的画像，经高解像度的打印机打印，解像度为每毫 米3到4点（解像度可用点数来表示）。另一方面，胶片经镜头所拍下的成像每毫米 3-14点。受我们用肉眼所能鉴别的限制，这种程度的解像度没有太大的区别。 噪声特性 由于数码相机本身采用大量的电子器材，所拍摄的影像质量很容易受到电子原件的电磁溢波干扰，CMOS图像传感器上残存的能量以及运作环境温度升高（机体运作时间过久）所产生的自然噪声。这些噪声会被纪录在你所拍摄的影像画面中，你可以透过单一色调的拍摄（黑色）做为观察Noise的指标。 暗电流 所谓暗电流，就是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量，一个被隔离的反向偏置的光电二极管即使在没有任何光照的条件下，也会产生放电现象。 快门模式 快门对于CMOS图像传感器而言是很重要的，通过电子快门的方式可以控制CMOS图像传感器的积分时间。对于CMOS图像传感器而言，通常有两种快门的机制：卷帘式快门（Rolling Shutter）和全局式快门（Global Shutter）。 动态范围 图像传感器的动态范围通常可定义为：传感器最大的非饱和信号与暗条件下噪声均方差之比。 一般来说，具有较宽动态范围的传感器可以探测更宽的场景照度范围，从而可以得到具有更多细节的图像。 CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较 感光组件的区别： 放大器位置和数量:比较CCD图像传感器和CMOS图像传感器的结构，放大器的位置和数量是最大的不同之处 。 性能差异： 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现的不同点。 CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持数据的完整性。 CMOS图像传感器的制程比较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的数据。 整体来说，CCD图像传感器与CMOS图像传感器两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、分辨率、噪声与耗电量等，不同类型的差异： 1、ISO感光度差异： 2、成本差异 3、分辨率差异 4、噪声差异 5、耗电量差异 6、随机读取 差异总结及前景展望： 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持数据的完整性；CMOS图像传感器的制程比较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个画素的数据。新一代的CCD朝向耗电量减少作为改进目标，以期进入手机摄像头的移动