图像传感器

CCD的信号输出
电流输出方式
由UD、R、衬底p和n＋区构成反向偏 置二极管，相当于无限深势阱，进 入反向偏置二极管的电荷将产生输 出电流ID，其大小与注入到二极管 的信号电荷量成正比。由于ID的存 在，使A点的电位发生变化，把A点 的电位采样出来，通过放大器放大 输出。
2.2、CMOS图像传感器
三、图像传感器的应用
9、指纹识别 在进行指纹识别时使用者把单指放在棱镜面上或玻璃板上，通过 CCD传感器件进行扫描。指纹自动识别系统通过特殊的光电转换设备 和计算机图像处理技术，可以对活体指纹进行采集、分析和比对，获 得的指纹图像被数字化和处理分析并被最终提取为可以接受的指纹数 字特征信息，被存贮在存储器上或卡上，作为参照样板。使用时，通 过指纹读取器即时扫入的信息与样板信息进行比对，即可获得真假判 断。自动识别系统一般主要包括指纹图像采集、指纹图像处理、特征 提取、特征值的比对与匹配等过程。现代电子集成制造技术的发展使 得指纹图像读取和处理设备更加小型化，同时飞速发展的个人计算机 运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行指纹比对运算的可能， 而优秀的指纹处理和比对算法同时保证了识别结果的准确性，这样就 自动、迅速、准确地鉴别出个人的身份。
三、图像传感器的应用
2、微光图像传感器 人们利用电子增强技术，制成了级联式的像增强器，通过 这种像增强可以观测照度低于0.1lx的景物。这种微光图像传感 器与直视夜视仪相比有如下优点：便于利用图像处理技术；可 以实现图像的远距离传输或远距离遥控摄像；便于和光电自动 控制系统构成电视跟踪装臵，直接用于武器制导、指挥射击等 领域，并具有较强的抗干扰能力和快速反应的特点；能够供更 多的人在更为广泛的场所同时观察；可以录像并长期保存。 虽然微光传感器在体积、重量、能耗、成本、使用维护等方 面不如直视夜视仪，但由于上诉个方面的优点，使它愈来愈受 到重视，并广泛用于国防、公安、医学影像和天文观察侧等方 面。
CCD工作原理
三部曲：
信号电荷注入（输入） 信号传输（电荷转移） 信号输出

CCD电荷注入


当光线透射到CCD的MOS结构上时，光子穿过透明电极 和氧化层，进入P型Si衬底，激发过剩的载流子。 电子空穴对在电场作用下分离，形成信号电荷，这些 信号电荷存储在表面“势阱”中。
CCD电荷转移
三、图Fra Baidu bibliotek传感器的应用
1.CCD传感器在汽车上的应用 后视系统是将摄像头安装在汽车的尾部，通过驾驶室的显示 器将车后的情景显示给驾驶员，使其能够清晰的观察到车后通过 后视镜无法观察到的区域，提高驾驶的舒适性并且避免事故的发 生。目前，后视系统是图像传感器在车上最广泛最实际的应用。 车辆可根据后视系统估计出车的位臵及障碍物的距离，准确计算 出车辆的预计轨迹，达到自动停车。也可以提供给驾驶员盲区图 像。 车道保持系统。该系统是基于图像处理以及图像识别技术的， 属于图像识别技术在汽车上应用的先例。当车道偏离正常车车道 时，给予驾驶员提醒。 全景监视系统，顾名思义就是能够监视车 辆周围所有相关的情况。其主要的结构就是在车的前后和左右各 装配一个传感器，同时将各个传感器的图像数据进行拼接，以达 到鸟瞰的效果。
二、图像传感器的分类
以产品类别区分，图像传感器产品主要分 为： （1）ＣＣＤ（ Charge Coupled Device ， 电荷耦合元件） （2）ＣＭＯS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor ，金属氧化物半导体元件）
2.1、什么是CCD图像传感器
CCD：电荷藕合器件图像传感器CCD （Charge Coupled Device），它使用一 种高感光度的半导体材料制成，能把光 线转变成电荷，通过模数转换器芯片转 换成数字信号，数字信号经过压 缩以后由相机内部的闪速存储器 或内置硬盘卡保存，因而可以轻 而易举地把数据传输给计算机，并借助 于计算机的处理手段，根据需要和想像 来修改图像。


CMOS图像传感器诞生时间比CCD早（1969），它 是一种用传统的半导体芯片工艺方法将光敏元件、 放大器、ADC、存储器、数字信号处理器和计算机 接口电路集成在一块硅片上的图像传感器。 结构简单、成品率高、价格低廉 应用广泛：



网络摄像头 超市、楼宇监控 手机照相 汽车倒车影像
CMOS
三、图像传感器的应用
5、医用电子内窥镜 医用电子内窥镜是一种可插入人体体腔和脏器内腔进行直 接观察，诊断治疗的医用电子光学仪器。通过它能直接观察人 体内脏器官的组织形态，可提高诊断的准确性。内窥镜的历史 经历了从硬性光学内窥镜到光导纤维内窥镜再到电子内窥镜的 过程。 电子内窥镜通过装在内窥镜先端被称为“微型摄像机”的 光电耦合元件CCD将光能转变为电能，再经过图像处理器“重 建”高清晰度的、色彩逼真的图像显示在监视器屏幕上。 电子内窥镜工作原理是冷光源对所检查或手术部位照明后 物镜将被测物体成像在CCD光敏面上，CCD将光信号转换成电 信号，由电缆传输至视频处理器，经处理还原后显示在监视器 上。
三、图像传感器的应用
8、线阵CCD相机测速 在物体的运动方向上，设臵线阵ＣＣＤ相机，与前、后两 个激光点光源，前、后两个点光源照射在物体表面产生前、后 光点；本发明通过不断拍摄运动物体表面位于拍摄线上某一处 的图像，并在物体运行一段距离后，再拍摄图像，寻找物体表 面某一处图像是否出现之后拍摄的图像中，如果出现在后面拍 摄的图像中，则表示物体运动方向与拍摄线一致，物体运动方 向和以前一样，没有出现偏差，以两幅图像匹配的拍摄时间差 反推计算出物体运行的速度，并以此时间差作为间隔拍摄的参 考依据，在此时间差上、下浮动一定幅度，作为线阵ＣＣＤ测 速相机的拍摄间隔时间，使得拍摄时间间隔与物体运动速度相 匹配，实现拍摄间隔随物体运动速度自适应调整。
三、图像传感器的应用
4、基于图像传感器的太阳方位跟踪 现有的应用光敏传感器检测太阳方位的方法有多元法和比 较控制法等几种。但是在应用这些方法时, 或者装臵的结构比较 复杂, 或者跟踪范围小精度有限。为改善以上问题, 采用一种基 于 DSP 和图像传感器的太阳方位检测系统。太阳光线经过成像 机构(一次传感器) 在半透明的接收屏上投影为光斑, 接收屏下方 的 CMOS 图像传感器 ( 二次传感器) 对接收屏图像进行光电转换、 放大、A/D 转换, 最后输出数字图像信号。DSP完成数字图像信 号的存储和处理, 提取光斑的亮度特征, 测定光斑中心对接收屏 的高度角与、方位角从而得到太阳的高度角和方位角并 在 LED 数码管上显示。
CMOS
CMOS传感器的工作原理
主要是利用硅和锗这两种元素所做成 的半导体，使其在CMOS上共存着带N （带–电） 和 P（带+电）级的半导 体，这两个互补效应所产生的电流即 可被处理芯片纪录和解读成影像。
CCD 与 CMOS比较




CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方 面优于CMOS CMOS具有低成本（通用的半导体生产工艺）、 低功耗、高集成度的特点。 CMOS帧频远高于CCD CMOS可以实现ROI读出，这一特性为图像压缩、 视频跟踪等应用提供了极大的灵活性。 CMOS没有CCD中的转移效率问题 目前CCD主要在应用在天文、军事、科研等高 端领域，而CMOS占据了中低端应用领域。
三、图像传感器的应用
3、脉搏图像传感器的检测定位
采集数据时首先向密封腔内充气, 使软性网 格薄膜微微鼓起, 受测者手腕放臵于薄膜下, 使 手腕桡动脉与薄膜接触, 通过调整手腕与薄膜 之间的距离, 给手腕桡动脉施加一定的切脉压 力, 此时, 网格薄膜随人手腕脉搏跳动而产生微 小的形变和位移,用CCD摄像头采集网格薄膜的 动态图像,送至计算机进行后期处理。
三、图像传感器的应用
6、CCD用于光谱探测 由于CCD具有图像传感和自扫描功能, 因而利用CCD作探测元件进行光谱 分析可以克服目前光谱分析仪的许多缺点。 目前光谱分析方法有两种: 照像 法和光电法。照相法是利用摄谱仪将光谱成像在照相干版上,经显影、定影、 晾干后, 用比长仪测出波长, 再用测微光度计测出光谱的黑度。这种方法有三 个缺点: 一是为了覆盖整个光谱范围需要更换不同的照相乳剂; 二是照相乳剂 对光的非线性响应; 三是处理过程复杂, 需要较长时间。光电法是利用单色仪 分光扫描, 由光电倍增管分别测出各个波长的强度。这种方法的缺点是只能一 次测一个波长点的数据, 然后由机械扫描装臵完成整个波段的测量, 需要精密 的机械装臵与之配合。 用CCD作为探测元件, 可以同时采集各个波长点的数据, 并串行地输入给计 算机, 由计算机对这些数据进行分析与处理。光谱数据分析系统主要由分光系 统、CCD图像传感器、高速线阵CCD图像采集卡和计算机系统构成。图像传感 器CCD的作用是将衍射光谱图样转换成电信号, 在整个系统中起关键的作 用。 由CCD构成的光谱分析仪因其快速、准确、便于携带等优点一定会在冶 金、电力、化工、教学等部门获得广泛的应用。
三、图像传感器的应用
7、CCD图像传感器用于物体振动的非接触测量 振动测量与实验一直是工程界重视的课题，对于航空航天、 动力机械、交通运输、军械兵器、能源工业、土木建筑、电子 冬夜、环境保护等行业尤为重要、振动直接影响机器运行的稳 定性、安全性和人体感觉的舒适性，直接影响生产的有效性和 精确性。 可以采用线阵图像传感器对铁轨的振动进行非接触的 测量，该方法适用于桥梁等构件振动的非接触测量。运用光学、 电子学、CCD图像传感技术与微机数据处理技术结合的方法， 克服了接触式测量方法的缺点。 工作原理是将粘贴在铁轨外侧 的标志经光学物镜成像到线阵CCD的光敏像面上，线阵CCD的 输出端得到输出信号，可用于数据处理。
图像传感器
一、图像传感器概述
图像传感器是传感技术中最主要的一个 分支，广泛应用于各种领域，它是 PC 机多 媒体世界今后不可缺少 的外设，也是安保器件，包括光 电鼠标、支持数码照相技术的手 机以及消费电子、医药和工业市 场中的各种新应用。每种应用都有其独特 的客户系统要求。
图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着 数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展 ，目前市场和业界都面临着跨越 各平台的视讯、影音、通讯大整 合时代的到来，勾划着未来人类 的日常生活的美景。以其在日常 生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展 速度可以用日新月异来形容。短短的几年，数码 相机就由几十万像素，发展到４００、５００万 像素甚至更高。