发布日期:2022-10-11 点击率:1985
图像传感器的种类:9个方面带你认识图像传感器
图像传感器,是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同,可分为CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)和CMOS(Complementary metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)两大类。
物理办法助力解决图像传感器的宽容度问题
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近年来,摄影、摄像爱好者数量急剧增长,摄像产品销量连续几年呈上涨趋势。而大众对于图像传感器的宽容度(又称动态范围)不是太明白,想要最大化地改善相机传感器的宽容度可不是一件容易的事情。详细阅读>>
对比CCD与CMOS图像传感器的硬件技术指标
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有时大家可能有这样的疑问,同样是高清网络摄像机为什么图像效果会有差异呢?使用同样的配件,为什么晚上的效果也不同呢?其实这是与我们使用的sensor(即图像传感器)的硬件技术指标相关的,不管是CCD还是CMOS图像传感器,主要有"像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率、信噪比"这六大硬件技术指标。详细阅读>>
运用石墨烯与CMOS技术开发高性能图像传感器
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硅基CMOS技术是当今大多数电子产品依赖的主要技术。然而,为了电子行业的进一步发展,新技术必须开发具有能将CMOS与其他半导体器件集成的能力。欧洲最大的一项研究计划石墨烯旗舰项目(Graphene Flagship),即以10亿欧元的预算将实验室石墨烯转向市场,参与市场化竞争。详细阅读>>
一文看懂智能图像传感器行业的前世今生
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智能图像传感器由图像传感器和视觉软件组成,能够捕捉和分析视觉信息,代替人眼做各种测量和判断的设备,其应用组件-摄像头目前已广泛应用于各类消费电子如:手机、电脑、可穿戴设备,未来随着ADAS系统的广泛普及和无人车的推出,车感摄像头领域将会迎来一轮爆发。相比摄像头,激光雷达的3D成像更加精准是无人车视觉系统的首选,将会成为资本市场追捧的热点。详细阅读>>
CMOS图像传感器的研究起始于20世纪60年代末,由于当时受工艺技术的限制,直到90年代初才发展起来,至今已研制出三大类CMOS图像传感器,即CMOS无源像素传感器(CMOS Passive Pixel Sensor简称CMOS-PPS)、CMOS有源像素传感器(CMOS Active Pixe lSensor简称CMOS-APS)和CMOS数字像素传感器(CMOS Digital Pixel Sensor简称CMOS-DPS)。在此基础上又问世了CMOS视觉传感器(CMOS Visual Sensor)、CMOS应力传感器(CMOS Stress Sensor)、对数极性CMOS传感器(Log-Polar CMOS Sensor)、CMOS视网膜传感器(CMOS Retinal Sensor)、CMOS凹型传感器(CMOS Foveated Sensor)、对数变换CMOS图像传感器(Logarithmic-Converting CMOS Image Sensor)、轨对轨CMOS有源像素传感器(Rail-to-Rail CMOS Active Pixel Sensor)、单斜率模式CMOS图像传感器(Single Slopemode CMOS Image Sensor)和CMOS指纹图像传感器(CMOS Fingerffing Sensor)、FoveonX3全色CMOS图像传感器、VMISCMOS图像传感器。
CMOS-DPS不像CMOS-PPS和CMOS-APS的模/数(A/D)转换是在像素外进行,而是将模/数(A/D)转换集成在每一个像素单元里,每一像素单元输出的是数字信号,该器件的优点是高速数字读出,无列读出噪声或固定图形噪声,工作速度更快,功耗更低。
CMOS图像传感器具有多种读出模式。整个阵列逐行扫描读出是一种普通的读出模式,这种读出方式和CCD的读出方式相似。窗口读出模式是一种针对与关心窗口内像素信息进行局部读出的模式,这种读出模式提高了读出效率。跳跃式读出模式,就是如同Super CCD一样,以降低分辨率为代价,提高了读出速率,采用每隔一个或多个像素读出的模式。
CMOS 和CCD一样也分 线阵和面阵.更多关注DYNAMAX IMGAING.高端工业CMOS制造商.
CMOS图像传感器,有不同品牌的,目前做得好的有:OV,镁光,PixelPlus等;
有不同尺寸的,1/2……1/8都有,CCTV上用得多的是1/3 和1/4。
一、图像传感器的原理
成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上(焦平面),并形成二 维空间的光强分布(光学图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后,送给图像显示器,可以还原并显示二维光学图像。当然,图像传感器与图像显示器之间的信号传输与接收都要遵守一定的规则,这个规则被称为制式。例如,广播电视系统中规定的规则称为电视制式(NTSC、PAL、SECAM),还有其他的一些专用制式。按电视制式输出的——维时序信号被称为视频信号;本节主要讨论从光学图像到视频信号的转换原理,即图像传感器的原理。
定义:成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上,形成二维空间的光强分布(光学图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器称为图像传感器。
二、图像传感器的分类
图像传感器,是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同,可分为CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)和CMOS(Complementary metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)两大类。
1、CCD图像传感器
1969年,美国贝尔实验室的w.s.boyle与g.e.smith将可视电话和半导体泡存储技术结合,率先发明了CCD (charged coupled device,电荷耦合件)元件本身开始是被当作单纯的存储器使用 。由于它能存储并传输信号电荷,CCD还可以利用内光电效应来拍摄并存储图象,具备图像传感器的功能。
经过30多年研究与开发,CCD在像素集成度、分辨力、灵敏度,工作速度等指标上取得突破性进展,其应用正从一维、二维向三维发展,其光波范围从紫外区到红外区,CCD已成为光子探测及视频采集领域最重要的技术,普遍认为是20世纪70年代以来出现的最重要的半导体器件之一,得到了广泛应用。
如今CCD是应用在摄影摄像方面的高端技术元件,CMOS则应用于较低影像品质的产品中,它的优点是制造成本较CCD更低,功耗也低得多,这也是市场很多采用USB接口的产品无须外接电源且价格便宜的原因。尽管在技术上有较大的不同,但CCD和CMOS两者性能差距不是很大,只是CMOS摄像头对光源的要求要高一些,但现在该问题已经基本得到解决。目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸,在相同的分辨率下,宜选择元件尺寸较大的为好。图像传感器又叫感光元件。
2、CCD图像传感器的优势
CCD作为固态图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。
具高敏感度,很低光度的入射光也能侦测到,其讯号不会被掩饰,使CCD的利用较不受天候拘谨。 静态范畴广(High Dynamic Range),同时侦测及辨别强光跟弱光,进步体系情况的应用范畴,不因亮度差别年夜而形成旌旗灯号反差景象。 精良的线性特征曲线(Linearity),入射光源强度跟输出讯号年夜小成精良的正比关联,物体资讯不致丧失,下降旌旗灯号弥补处置本钱。
3、CMOS图像传感器
与CCD有着同样历史渊源的CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器,CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD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。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。
在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路,如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等,为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起,从而组成单片数字相机及图像处理系统。
CMOS图像传感器于80年代发明以来,由于当时CMOS工艺制程的技术不高,以致于传感器在应用中的杂讯较大,商品化进程一直较慢。时至今日,CMOS传感器的应用范围也开始非常的广泛,包括数码相机 、PC Camera、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具,以及工业、医疗等用途。在低档产品方面,其画质质量已接近低档CCD的解析度,相关业者希望用CMOS器件取代CCD的努力正在逐渐明朗。CMOS传感器有可细分为:被动式像素传感器CMOS(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器CMOS(AcTIve Pixel Sensor CMOS)。
4、CMOS图像传感器的优势
CMOS传感器的最年夜上风,是它存在高度体系整合的前提。实践上,全部图像传感器所需的功效,比方垂直位移、程度位移暂存器、时序把持、CDS、ADC等, 都可放在集成在一颗晶片上, 乃至于全部的晶片包含后端晶片(Back-end Chip)、快闪影象体(Flash RAM)等也可整分解单晶片(SYSTEM-ON-CHIP),以到达下降整机出产本钱的目标。
5、CCD与CMOS图像传感器的区别
CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。 从制造工艺上说CCD制造工艺较复杂,只有少数几个厂商,如索尼、松下、夏普等掌握这种技术,因此CCD摄像机的价格会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前CCD和高级CMOS的实际效果的差距已经非常小了。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD,所以很多低档摄像头生产厂商采用普通CMOS感光元件作为核心组件。
成像方面,在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而普通CMOS的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,普通CMOS的成像质量和CCD还是有一定差距。但由于低廉的价格以及高度的整合性,因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。
在原理上,CMOS的信号是以点为单位的电荷信号,而CCD是以行为单位的电流信号,前者更为敏感,速度也更快,更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工艺还不是十分成熟,普通的CMOS一般分辨率较低而成像质量也较差。
目前,许多低档入门型的摄像机使用廉价的低档CMOS芯片,成像质量比较差。普及型、高级型及专业型摄像机使用不同档次的CCD,个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。
图像传感器又分为1/2“,1/3”,1/4“之分。1/2最好。目前以1/3和1/4为多。从产品的技术发展趋势看,无论是CCD还是CMOS,其体积小型化及高像素化仍是业界积极研发的目标。因为像素尺寸小则图像产品的分辨率越高、清晰度越好、体积越小,其应用面更广泛。
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