CMOS圖像傳感器原理及應用演示文稿

CMOS圖像傳感器原理及應用演示文稿目前一頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點主要內容：CMOS圖像傳感器的組成CMOS圖像傳感器的像素陣列CMOS圖像傳感器的基本工作流程CMOS圖像傳感器的關鍵參數(shù)CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較CMOS圖像傳感器件的應用目前二頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點目前三頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器的組成組成：CMOS圖像傳感器的原理如圖所示，通常由像敏單元陣列、行驅動器、列時序控制邏輯、A/D轉換器、數(shù)據(jù)總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。目前四頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器的像素陣列CMOS圖像傳感器的像素陣列由大量相同的像素單元組成，這些相同的像素單元是傳感器的關鍵部分。隨著CMOS圖像傳感器的發(fā)展，可以細分為很多類，這里我們依照像素不同類型來分，就可分為兩大類：一類是無源像素傳感器（CMOS-PPS），另一類是有源像素傳感器（CMOS-APS）。目前五頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點無源像素傳感器在無源像素傳感器的像素單元中包括一個光二極管(PhotoDiode)和一個MOS管，MOS管作為行選(RowSeleet)開關.目前六頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點有源像素傳感器這種有源像素傳感器的像素單元通常稱為3-T(3-Trnasistor)結構，在像素單元中，除一個光二極管外，還包括一個重置(Reset)MOS管、一個源極跟隨器(SourceFollower)MOS管和一個行選MOS管。目前七頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器的基本工作流程1.發(fā)生光電效應。2.行選擇邏輯單元選通相應的行像素單元。3.信號通過各自所在列的信號總線傳輸?shù)綄哪M信號處理單元以及A/D轉換器。目前八頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器的關鍵參數(shù)

衡量CMOS圖像傳感器性能的參數(shù)有很多,下面對這些參數(shù)做簡單的介紹:感光度分辨率暗電流噪聲特性動態(tài)范圍快門方式目前九頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點ISO感光度ISO值是用來表示傳統(tǒng)相機所使用底片的感光度。當ISO數(shù)值愈大時，感光度就愈大。目前十頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點分辨率先來說一下像素：像素，即是影像最基本的單位。也就是說將影像放大到不能再將它分割的影像單位。而分辨率，是在一個特定的區(qū)域內共有多少個像素單位，該詞最早是用來說明工程中單位長度所擷取到『點』的數(shù)目，對應在單位上就成了dpi(dotperinch)。常見單位有：EPI:每一平方英寸共有多少單位數(shù)(elementperinch)。DPI:每一平方英寸共有多少點數(shù)(dotperinch)。PPI:每一平方英寸共有多少像素數(shù)(pixelperinch)。LPI:每一平方英寸共有多少條線(lineperinch)。膠片式照相機一般使用35毫米的膠卷。解像度在數(shù)百萬到一千萬點。但是，膠片經鏡頭所拍下的成像。有時還比不上100萬像素檔次的數(shù)碼相機。100萬像素檔次的數(shù)碼相機，拍攝1024x768點陣的畫像，經高解像度的打印機打印，解像度為每毫米3到4點（解像度可用點數(shù)來表示）。另一方面，膠片經鏡頭所拍下的成像每毫米3-14點。受我們用肉眼所能鑒別的限制，這種程度的解像度沒有太大的區(qū)別。目前十一頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點噪聲特性由于數(shù)碼相機本身采用大量的電子器材，所拍攝的影像質量很容易受到電子原件的電磁溢波干擾，CMOS圖像傳感器上殘存的能量以及運作環(huán)境溫度升高（機體運作時間過久）所產生的自然噪聲。這些噪聲會被紀錄在你所拍攝的影像畫面中，你可以透過單一色調的拍攝（黑色）做為觀察Noise的指標。目前十二頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點暗電流所謂暗電流，就是在沒有入射光時光電二極管所釋放的電流量，一個被隔離的反向偏置的光電二極管即使在沒有任何光照的條件下，也會產生放電現(xiàn)象。目前十三頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點快門模式快門對于CMOS圖像傳感器而言是很重要的，通過電子快門的方式可以控制CMOS圖像傳感器的積分時間。對于CMOS圖像傳感器而言，通常有兩種快門的機制：卷簾式快門（RollingShutter）和全局式快門（GlobalShutter）。卷簾式快門目前十四頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點全局式快門優(yōu)點在于拍攝運動物體不會失真。卷簾式快門的優(yōu)點在于沒有采樣保持單元，結構簡單噪音低。全局式快門卷簾式快門目前十五頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點讀取方式：根據(jù)快門方式有所不同，CMOS圖像傳感器的像素信號讀取有兩種方式，即掃描讀取方式和隨機讀取方式，如圖所示。掃描讀取隨機讀取目前十六頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點動態(tài)范圍圖像傳感器的動態(tài)范圍通?？啥x為：傳感器最大的非飽和信號與暗條件下噪聲均方差之比。一般來說，具有較寬動態(tài)范圍的傳感器可以探測更寬的場景照度范圍，從而可以得到具有更多細節(jié)的圖像。目前十七頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較感光組件的區(qū)別：放大器位置和數(shù)量:比較CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的結構，放大器的位置和數(shù)量是最大的不同之處。目前十八頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點性能差異：由于構造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)的不同點。CCD圖像傳感器的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持數(shù)據(jù)的完整性。CMOS圖像傳感器的制程比較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個像素的數(shù)據(jù)。整體來說，CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器兩種設計的應用，反應在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、分辨率、噪聲與耗電量等，不同類型的差異：1、ISO感光度差異：2、成本差異3、分辨率差異4、噪聲差異5、耗電量差異6、隨機讀取目前十九頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點差異總結及前景展望：

由于構造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD圖像傳感器的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持數(shù)據(jù)的完整性；CMOS圖像傳感器的制程比較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個畫素的數(shù)據(jù)。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進目標，以期進入手機攝像頭的移動通訊市場；CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速圖像處理芯片整合，借由后續(xù)的圖像處理修正噪聲以及畫質表現(xiàn)，CMOS未來跨足高階的影像市場產品，前景可期。目前二十頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點CMOS圖像傳感器件的應用數(shù)碼相機：CMOS在數(shù)碼相機中的應用:彩色CMOS攝像頭在電子快門的控制下,攝取一幅照片存在DRAM中,然后再轉至快ROM中存放起來。CMOS還可以完成其他許多功能,如模數(shù)轉換、負載信號處理、處理白平衡及進行相機控制等。目前幾乎所有的初級數(shù)碼相機都是基于CMOS圖像傳感器的。目前二十一頁\總數(shù)二十三頁\編于十一點對地觀察衛(wèi)星的主要遙感成像技術:在目前，對于重量小于10kg的納型衛(wèi)星來說，光成像技術（以可見光為主）將是納型衛(wèi)星完成對地觀察任務的主要手段。而在可見光統(tǒng)中，其電子光學系統(tǒng)中廣泛使用固體成像器件（如CCD）進行遙感成像。CMOS成像器件由于其本身優(yōu)點，在微納衛(wèi)星上具有廣泛應用前景。一種典型的模塊化遙感微納衛(wèi)星如圖，其中采用了大量新技術，如CMOS相機、星傳感器，基于MEMS的微型陀螺、微