光电子技术第18课.ppt

光电子技术第十八课 王炜路 TelQQEmail：wlwang@ecit.cn * 精彩回顾 CMOS摄像器件 1990’s，CMOS技术用于图像传感器，其优点结构简单，耗电量是普通CCD的1/3，制造成本比CCD低，可将处理电路等完全集成。 1、CMOS像素结构 无源像素结构，1967，Weckler 无源像素单元具有结构简单、像素填充率高及量子效率比较高的优点。但是，由于传输线电容较大，CMOS无源像素传感器的读出噪声较高，而且随着像素数目增加，读出速率加快，读出噪声变得更大。 无源像素型（PPS）和有源像素型（APS） 由一反向偏置光敏二极管和一个开关管构成，开关管开启，二极管与垂直列线连通，信号电荷 读出。 有源像素结构APS（Active Pixel Structure ) 光电二极管型有源像素（PP－APS）1994，哥伦比亚大学 在像元内引入放大器，可改善像元性能，称为有源像素传感器。功耗小，量子效率高。每个像元有3个晶体管。 光栅型有源像素结构（GP－APS） 光栅型有源像素型CMOS每个像素5个晶体管，采用0.25um CMOS工艺允许达到5um像素间距，成像质量高。 1997年，东芝公司研制成功640*640像素光敏二极管型CMOS APS，像素尺寸5.6um*5.6um，具有彩色滤色膜和微透镜阵列。 2000年，美国Foveon公司和美国国家半导体公司采用0.18umCMOS工艺研制成功4096*4096像素CMOS APS，像素尺寸5um*5um，管芯尺寸22mm*22mm，是集成度最高，分辨率最高的CMOS固体摄像器件。 CMOS APS图像传感器的功耗较小。但与PPS相比，像素尺寸减小后低光照下灵敏度迅速降低，采用滤色片和在CMOS上制作微透镜组合以及CMOS工艺的优势，前景好于CCD。 外界光照射像素阵列，产生信号电荷，行选通逻辑单元选通相应的行像素单元，单元内信号电荷通过各自所在列总线传输到对应的模拟信号处理器(ASP)及A/D变换器，转换成相应的数字图像信号输出。 2、CMOS摄像器件的总体结构 ΦY1 ΦY2 信号输出 Y 移 位 寄 存 器 X 移位寄存器 ΦX1 φX2 RL E MOS开关 光电二极管 A/D 数字信号输出 行选通单元扫描方式：逐行扫描和隔行扫描。 隔行扫描可以提高图像的场频，但会降低图像的清晰度。 行选通逻辑单元和列选通逻辑单元配合，可以实现图像的窗口提取功能，读出感兴趣窗口内像元的图像信息。 3、CMOS与CCD器件的比较 CCD摄像器件 灵敏度高、噪声低、像素面积小 难与驱动电路及信号处理电路单片集成，需要使用相对高的工作电压，制造成本比较高 CMOS摄像器件 集成能力强、体积小、工作电压单一、功耗低、动态范围宽、抗辐射和制造成本低 需进一步提高器件的信噪比和灵敏度 CMOS与CCD器件的对比 CCD vs. CMOS Integration Power Consumption Resolution Image Quality Speed Cost Excellent 20-50 mW Up to 12 Mpix Being improved Up to thousands frame/s Poor 2-5 W Up to 14 Mpix Historically best Usually up to 100 frame/s Nikon D100 ~$2,500 Canon 300D ~$800 一般还是专业？价位？ 传感器类型 /感光面积（分CCD和CMOS成像） 不论CCD还是CMOS,都能够满足需要， 主要看尺寸，传感器越大,成像越清晰画质越好1/1.6寸的感光面积大于1/2.3寸的，效果会更好， 相同大小的CCD，像素越高，画质就越差。 Foveon X3 影像更鲜锐、色彩细节增加 通常采用CCD或者CMOS的数码相机是在同一像 素上只可记录RGB三种颜色中的一种，而Foveon X3 采用三层感光元件，每层记录RGB的其中一个颜色通道。 机身特性 单反 单电 单反相机有反光镜和五棱镜，光线通过镜头，再通过反光镜、五棱镜的反射，最后到达眼睛，所以我们从光学取景器中看到的景物是以光速传播的，速度非常快。而单电相机没有反光镜和五棱镜，我们在电子显示屏或电子取景器上看到的景物，实际来自电路中传递来的信号。 微单 微单是索尼提出来的，没有反光板 全画幅 所谓全画幅是针对传统135胶卷的尺寸来说的。以前大部分的数码 单反CCD尺寸都比135胶卷的尺寸小，而全画幅数码单反的CCD （或CMOS的感光成像的元件）尺寸和1