2常用传感器_7图像传感器解析
图像传感器原理
图像传感器原理图像传感器是一种能够将光学图像转换成电子信号的设备，它是数字摄像机的核心部件之一，也是数字图像技术的基础。
图像传感器的原理是基于光电效应和半导体材料的特性，通过光学成像和电子信号转换，实现对光学图像的捕捉和数字化处理。
图像传感器的原理主要涉及到光电效应和半导体物理学的知识。
光电效应是指当光线照射到物质表面时，光子的能量被转化为电子的动能，从而产生电荷。
半导体材料是一种具有特定导电性质的材料，它的导电性能受光照强度的影响，可以将光信号转化为电信号。
图像传感器通常由成像单元阵列、信号读取电路和控制电路等部分组成。
成像单元阵列是由大量光敏元件组成的矩阵结构，每个光敏元件对应图像中的一个像素点，它们能够将光信号转化为电荷信号。
信号读取电路负责对成像单元阵列输出的电荷信号进行放大、转换和传输，最终输出为数字信号。
控制电路则用于控制成像单元阵列的工作模式、曝光时间和信号读取顺序等。
图像传感器的工作原理可以简单概括为，当光线照射到成像单元阵列上时，光敏元件会产生电荷信号，信号读取电路将电荷信号转换为电压信号，并进行放大和处理，最终输出为数字信号。
这样就实现了对光学图像的捕捉和数字化处理。
在实际应用中，图像传感器的原理决定了它在图像分辨率、灵敏度、动态范围和噪声等方面的性能表现。
光电效应的灵敏度和半导体材料的特性直接影响了图像传感器对光信号的捕捉能力，而成像单元阵列的结构和布局则决定了图像传感器的分辨率和噪声性能。
因此，在图像传感器的设计和制造过程中，需要充分考虑光学成像、半导体物理学和信号处理等方面的知识，以实现图像传感器在不同应用场景下的优良性能。
总的来说，图像传感器的原理是基于光电效应和半导体材料的特性，通过成像单元阵列、信号读取电路和控制电路等部分的协同作用，实现对光学图像的捕捉和数字化处理。
图像传感器在数字摄像机、手机摄像头、工业检测和医学影像等领域有着广泛的应用，其性能表现直接影响了图像质量和系统性能。
图像传感器的原理及应用 (2)
图像传感器的原理及应用1. 图像传感器的定义图像传感器是一种能够将光信号转化为电信号的装置，它用于捕捉和记录光信号，是数字图像成像的核心技术之一。
图像传感器广泛应用于数字相机、手机摄像头、安防监控摄像头等领域。
2. 图像传感器的原理图像传感器的原理是基于光电效应，其构造主要包括光电二极管、光敏感材料、色滤镜和信号处理电路。
2.1 光电二极管光电二极管是图像传感器的基本组成单元之一。
当光线照射到光电二极管上时，光能会激发二极管中的电子。
光电二极管包括PN结和金属电极，当光线照射到PN结上时，会形成电压，这个电压与光的亮暗程度成正比。
2.2 光敏感材料光敏感材料位于光电二极管上，能够吸收光能，并将光能转化为电能。
常见的光敏感材料有硅和镉化镉等。
2.3 色滤镜色滤镜是一种用于对不同颜色光进行滤波的光学元件。
图像传感器中的色滤镜通常采用RGB色彩模型，分别对红、绿、蓝三种颜色进行滤波。
色滤镜能够实现图像的彩色成像。
2.4 信号处理电路信号处理电路是图像传感器的重要组成部分，它用于接收从光电二极管传来的光信号，并将其转化为数字信号。
信号处理电路还可以对图像进行预处理，如增强对比度、减少噪声等。
3. 图像传感器的应用图像传感器在各个领域都有广泛的应用，以下列举几个常见的应用领域。
3.1 数字相机图像传感器是数字相机的核心部件，它能够将光信号转换为数字信号，并通过图像处理算法生成高质量的图像。
现代数码相机多采用CMOS传感器，具有低功耗、高画质等特点。
3.2 手机摄像头随着智能手机的普及，手机摄像头也成为了人们平时拍照、录制视频的主要设备之一。
手机摄像头一般采用CMOS传感器，具有较高像素和快速响应的特点。
3.3 安防监控摄像头安防监控摄像头广泛应用于公共场所、商场、住宅小区等地方。
图像传感器可以实时监测并记录现场的图像信息，以实现安全监控和追踪。
3.4 工业视觉工业视觉系统使用图像传感器进行产品质量检测、自动导航、机器人视觉等。
图像传感器解析尺寸篇
图像传感器解析尺寸篇
提到图像传感器，像素往往是我们最关心的，而除此以外，还有一项指标也不可忽略，它就是图像传感器的尺寸。
一般而言，图像传感器的尺寸表示方法有多种，如1/2.7英寸、1/1.8英寸等。
对此，大家是否了解它们的确切含义？本周花老师课堂就来重点讲述一下消费类数码相机有关图像传感器尺寸的问题。
消费类数码相机图像传感器的尺寸
对于消费类数码相机而言，比较常见的图像传感器尺寸有1/2.7英寸、1/2.5英寸、1/1.8英寸、2/3英寸等。
那么1/2.7英寸的图像传感器是不是指图像传感器的对角线长度呢？其实，这种说法不完全正确。
确切地说1/2.7英寸应该称之为1/2.7型，它是指与直径为1/2.7英寸的真空影像感应管（早期数码摄像机上感光元件）成像面积近似的图像传感器（如图）。
由于不同尺寸的图像传感器的剪裁率不同，因此目前还没有确切的公式来计算图像传感器的对角线长度。
1/2.7英寸CCD的尺寸示意图
图像传感器尺寸与产品定位
消费类数码相机的图像传感器尺寸大小是否决定了产品的档次呢？在前几年，确实可以这样认为。
在2003年，市场上采用2/3英寸图像传感器的产品是消费类旗舰级产品，1/1.8英寸的则一般为中端产品，而1/2.7英寸的则属于入门级数码相机。
但随着图像传感器技术的发展，像素集成的密度越来越高，2/3英寸的产品越来越少，目前市场上1/2.5英寸的产品可谓铺天盖地。
在这种情况下，消费类数码相机的图像传感器尺寸就不能确切体现出产品的市场定位，我们应该结合产品整体的性能来对产品的档次作判断。
但是在单反数码相机领域，图像传感器尺寸还是跟产品的定位成正比的。
原创一文读懂图像传感器（必须收藏）
原创一文读懂图像传感器（必须收藏）图像传感器是各种工业及监控用相机、便携式录放机、数码相机，扫描仪等的核心部件。
目前，这个快速增长的市场现在已经延伸到了玩具、手机、PDA、汽车和生物等领域。
图像传感器图像传感器定义及种类图像传感器应用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。
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，图像传感器通常可分为CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）和CMOS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。
除以上两大常用类型外，还有一种CIS（Contact Image Sensor 的缩写，接触式图像传感器），一般用在扫描仪中。
由于是接触式扫描(必须与原稿保持很近的距离)，只能使用LED光源，其景深、分辨率以及色彩表现目前都赶不上CCD感光器件，也不能用于扫描透射片。
接触式CIS随着上世纪70年代和80年代固态成像应用的飞速发展，CCD技术和制造加工在光学特性和成像质量方面得到了最优化。
在上世纪末的25年里，CCD技术一直统领着图像传感器件的潮流，它是能集成在一块很小的芯片上的高分辨率和高质量图像传感器。
而 CMOS图像传感器近年得到迅速发展，大有后来居上之势。
CMOS在中端、低端应用领域提供了可以与CCD相媲美的性能，而在价格方面确实明显占有优势，随着技术的发展，CMOS在高端应用领域也将占据一席之地。
图像传感器的工作原理图像传感器的工作原理图像传感器是一种半导体装置，能够把光学影像转化为数字信号。
传感器上植入的微小光敏物质称作像素。
一块传感器上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
它的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
常用传感器讲解
常用传感器讲解
常用传感器是现代工业和科技领域中广泛应用的一类装置，它们能够将物理量转换为电信号、光信号等形式，从而实现对各种物理量的精确检测、测量和控制。
常见的传感器包括光电传感器、压力传感器、温度传感器、液位传感器、电流传感器等等，它们用途广泛，被应用于多个领域，如工业自动化、机械制造、能源管理、环境监测、医疗诊断等。
其中光电传感器的原理是利用光学原理，将光信号转换为电信号，实现对物体的检测和测量；压力传感器能够将压力转换为电信号或机械信号，广泛应用于气体和液体的压力检测和测量；温度传感器能够将温度转换为电信号，广泛应用于温度检测和测量以及温度控制等。
液位传感器能够检测液体的高度，常用于液位控制和液位监测；电流传感器能够将电流转换为电信号或磁信号，广泛应用于电力系统的电流监测和测量等领域。
常用传感器的广泛应用，为人们的工作和生活带来了便利和效益。
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相机图像传感器知识点总结
相机图像传感器知识点总结相机图像传感器是数码相机中最重要的部件之一，它负责将光信号转换为电信号，用于拍摄照片和录制视频。
在选择数码相机时，图像传感器的大小和质量往往是用户最为关注的因素之一。
因此，了解图像传感器的知识对于选择和使用数码相机都是非常重要的。
在本文中，我们将对相机图像传感器的基本知识进行总结和讨论。
1. 图像传感器的种类图像传感器主要分为两类：CMOS和CCD。
CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）是互补金属氧化物半导体传感器，而CCD（Charge-Coupled Device）则是电荷耦合器件传感器。
它们在工作原理和结构上有所不同，分别具有各自的优点和特点。
CMOS传感器通常比CCD传感器更便宜、更节能，并且在高速拍摄和视频录制方面具有优势。
而CCD传感器在低光条件下通常具有更好的表现，色彩还原和动态范围也更出色一些。
在实际应用中，由于CMOS传感器在成本和功耗上的优势，目前大部分数码相机都采用了CMOS传感器。
2. 图像传感器的尺寸图像传感器的尺寸对于相机的成像效果有着重要的影响。
一般来说，图像传感器的尺寸越大，其单个像素的面积就越大，因此能够捕捉更多的光线。
这样就能够在低光条件下获得更好的成像效果，同时也有助于提高图像的动态范围。
目前在数码相机中常见的图像传感器尺寸包括全画幅（36mm x 24mm）、APS-C（22mmx 15mm）以及四分之一英寸至一英寸不等的小尺寸传感器。
全画幅传感器通常用于高端专业相机中，其成本和功耗较高，但能够提供最高质量的成像效果。
APS-C传感器则是中档相机的常见选择，在成本和性能之间取得了一定的平衡。
小尺寸传感器则常用于消费级数码相机和手机摄像头中。
3. 像素和分辨率图像传感器的像素是指在传感器上的感光单元数量，每个像素都对应着图像中的一个小区域，并负责接收光线并转换为电信号。
在实际应用中，像素数量往往被用来衡量图像传感器的分辨率，即每幅图像能够包含多少像素。
2常用传感器_7图像传感器
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）， 互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成 CMOS数字集成电路的基本单元。 1970年，CMOS图 像传感器在NASA 的喷气推进实验室 制造成功。 1997年，英国爱丁 堡VLSI Version 公司首次实现 CMOS图像传感器 的商品化。
a.线阵型
二、CCD器件
电荷输出控制波形
B、CCD器件 64位线阵CCD结构
B、CCD器件
b.面阵电荷耦合器
b．面型CCD图像传感器 面型 CCD 图像传感器由感光区、信号存储区和输出转移部 分组成。目前存在三种典型结构形式，如图所示。 图 (a) 所示结构由行扫描电路、垂直输出寄存器、感光区 和输出二极管组成。行扫描电路将光敏元件内的信息转移到水 平（行）方向上，由垂直方向的寄存器将信息转移到输出二极 管，输出信号由信号处理电路转换为视频图像信号。这种结构 易于引起图像模糊。
现代CMOS芯片外观
一、COMS传感器
• “无源像敏单元” 成像质量差、像敏单元尺 寸小、填充率低、响应速度慢 • “有源像敏单元” 增添了光敏元件和像敏单 元的寻址开关，增加了信号放大和处理等电路， 提高了光电灵敏度、减少了噪声，扩大动态范 围。
一、COMS传感器 三、CMOS
2.结构与工作原理
贝尔实验室的George Smith和 Willard Boyle将发明了的CCD原型
现代CCD芯片外观
二、CCD图像传感器
二、CCD
由于CCD具有光电转换、信息存储、延时和将 电信号按顺序传送等功能,且集成度高、功耗低, 因此得到飞速发展,是图像采集及数字化处理必不 可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、 商业、工业、军事和消费领域。
常用传感器及功能
常用传感器及功能现如今，随着科技的发展，传感器已成为人们生活中必不可少的一部分。
无论是智能手机中的加速度传感器，还是汽车中的倒车雷达，传感器都扮演着至关重要的角色。
那么，本文将围绕“常用传感器及功能”这一主题一步步为大家进行详细介绍。
第一步，介绍常见的温度传感器。
温度传感器广泛应用于各个领域，如空调、冰箱、电风扇等电器设备中，以及汽车、医疗器械等工业领域。
温度传感器通过检测环境中的温度变化，可以精确地测量出环境温度，并向控制器发出信号，从而达到控制环境温度的目的。
第二步，讲解常用的光学传感器。
光学传感器是利用光电效应来检测光线的传感器。
例如，智能手机的屏幕亮度自动调节、自动开关路灯等，都利用了光学传感器。
当光线的强度发生变化时，光学传感器会向电脑发出信号，从而使计算机自动控制灯光的亮度。
第三步，探究常见的压力传感器。
压力传感器是一种可以检测电气信号和压力信号的装置。
它广泛应用于液压和气压控制系统中，如汽车发动机、制动系统、变速器等。
在控制系统中，压力传感器会通过监测系统的压力变化，向计算机发出信号，从而调整系统的输出。
第四步，揭示常见的加速度传感器。
加速度传感器可以检测物体的加速度，广泛应用于自动导航、运动传感、物体识别等领域。
在智能手机中，加速度传感器可以感测到手机的运动状态、变化方向等信息，从而实现手机的屏幕旋转、计步功能等。
综上所述，常用传感器在现代科技中扮演着重要的角色，它们的应用范围也越来越广泛。
不同的传感器可以检测的事物也不尽相同，在实际的应用中，我们需要根据具体的需求选择适合自己的传感器。
图像传感器
CMOS图像传感器属于新兴产品市场，其市场占有率变化不如成熟产业那般恒常不变，例如在1999年时，CMOS 市场中，按照出货比例排名依序为Agilent、OmniVision、STM和Hyundai，其市场占有率分别为24%、22%、14% 和14%，其中STM是欧洲厂商，Hyundai是韩国厂商；但只经过一年后的市场竞争，Agilent和OmniVision出货排 名顺序仍然分居一、二，且市场占有率分别提升到37.7%和30.8%，而STM落居第四，市场占有率大幅滑落至4.8%， 至于Hyundai更是大幅衰退只剩2.1%的市场占有率，值得一提的是Photobi在2000年度的大幅成长，全球市场占 有率快速成长至13.7%，排名全球第三。这三家厂商出货量就占全球出货量的82.2%。从中可以分析，这个产业的 厂商集中度相当密集，所以观察上述三家厂商的动态和发展，可看出许产业和技术未来发展方向。
2014年初，美国Foveon公司公开展示了其最新发展的Foveon X3技术，立即引起业界的高度。Foveon X3是 全球第一款可以在一个像素上捕捉全部色彩的图像传感器阵列。传统的光电耦合器件只能感应光线强度，不能感 应色彩信息，需要通过滤色镜来感应色彩信息，我们称之为Bayer滤镜。而Foveon X3在一个像素上通过不同的深 度来感应色彩，最表面一层感应蓝色、第二层可以感应绿色，第三层感应红色。它是根据硅对不同波长光线的吸 收效应来达到一个像素感应全部色彩信息，已经有了使用这种技术的CMOS图像传感器，其应用产品是“Sigma SD9”数码相机。
光纤传感器图像传感器
安全监控
图像传感器在安全监控领 域中发挥着重要作用，用 于监控摄像头和安全门禁 系统。
图像传感器的优缺点
优点
图像传感器能够提供高分辨率和高清晰度的图像，具有较大的感光面积和较宽的 动态范围，同时具有较快的响应速度和较低的成本。
缺点
图像传感器对光照条件较为敏感，在低光照条件下性能会受到限制，同时像素之 间的噪声和串扰也可能影响图像质量。此外，图像传感器的功耗相对较高，需要 定期进行维护和校准。
市场规模
随着技术进步和应用领域的拓展，光纤传感器和图像传感 器的市场规模将持续增长，预计未来几年将保持两位数的 增长速度。
竞争格局
目前光纤传感器和图像传感器市场主要由几家大型企业主 导，但随着技术的普及和市场需求的增长，将吸引更多企 业进入该领域。
发展趋势
未来光纤传感器和图像传感器市场将呈现多元化、个性化 的发展趋势，不同领域的需求将进一步细分，产品定制化 程度将提高。
光纤传感器与图像传感器
目录
CONTENTS
• 光纤传感器概述 • 图像传感器概述 • 光纤传感器与图像传感器的比较 • 光纤传感器与图像传感器的未来发展
01 光纤传感器概述
CHAPTER
光纤传感器的定义与工作原理
定义
光纤传感器是一种利用光纤作为敏感元件的传感器，能够检 测和测量物理量、智能制造等领域，图像 传感器可用于机器视觉、质 量检测等。
环保监测
航空航天
光纤传感器可用于环境监测、 污染源检测等领域，图像传 感器可用于水质分析、生态 监测等。
光纤传感器可用于飞行器结 构监测、发动机性能检测等 领域，图像传感器可用于卫 星遥感、空间探测等。
市场前景分析
交通领域
用于检测道路状况、车辆速度和流量 等，提高交通管理效率。
图像传感器解析
网络摄像头 超市、楼宇监控 手机照相 汽车倒车影像
CMOS
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
，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。
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）
端领域，而CMOS占据了中低端应用领域。
三、图像传感器的应用
D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置及障碍物的距离，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。
图像传感器的分类及原理
图像传感器的分类及原理
图像传感器的分类及原理主要有:
1. CCD图像传感器:利用电荷耦合元件的光电转换效应,将光信号转换为电荷,经过传输、放大后输出电压信号。
2. CMOS图像传感器:使用互补式金属氧化物半导体技术,在每个像素进行光电转换,支持列并行AD转换,易于集成。
3. 电荷积聚图像传感器:利用电荷积聚使感光电容上电荷随光强变化,经扫描读取电荷量实现图像采集。
4. 飞行时间图像传感器:测量光子从发射到达感光探测器的飞行时间,重建光强分布图像。
5. 积分传感器:光导导体积分光强变化而导通,读取导通时间得到光强信号。
6. 串行图像传感器:探测器沿一维或二维序列转换光信号为电信号,经数字化处理还原图像。
7. 事件驱动传感器:仅对出现的像素变化产生输出,避免冗余数据传输出高动态范围。
8. 压电传感器:基于压电效应将光信号变为电信号,响应速度快。
9. 薄膜图像传感器:使用非晶硅构建图像检测层,大面积成像和集成。
10. 量子点传感器:使用量子点材料高效吸收光子,进行光电转换。
电子课件-《传感器及应用(第二版)》-B02-1472 模块七 图像检测
模块七 图像检测
３． 固态图像传感器的比较 CCD 传感器一般被认为具有以下优点。 （１） 高分辨率：像素大小为 μm 级，可感测及识别精 细物体，提高影像品质。 （２） 高灵敏度：CCD 具有很低的读出噪声和暗电流噪 声，信噪比高，从而具有高灵敏度。 （３） 动态范围广：可同时感知及分辨强光和弱光，提 高系统环境的使用范围。
模块七 图像检测
２． 图像检测系统的组成 图像检测系统是采用图像传感器摄取图像，利用转换 电路将其转化为数字信号，再用计算机软硬件对信号进行 处理得到需要的最终图像或通过识别、计算后获取进一步 信息的检测系统，其组成如图所示。
图像传感器在图像检测系统的组成
模块七 图像检测
３． 图像传感器 图像传感器是利用光敏元器件的光电转换功能，将元 器件感光面上感受到的光线图像转换为成一定比例关系的 电信号并做相应处理后输出的功能器件，它能够实现图像 信息的获取、转换和视觉功能的扩展。
模块七 图像检测
二、固态图像传感器
固态图像传感器如图所示，是数码相机、数码摄像机的 关键零件，因常用于摄像领域，又被称为摄像管。
固态图像传感器要求具有两个基本功能：一是具有把光 信号转换为电信号的作用；二是具有将平面图像上的像素进 行点阵取样，并将其按时间取出的扫描作用。
固态图像传感器
模块七 图像检测
模块七 图像检测
知识引入
光纤传感器（Fiber Optical Sensor，FOS）是 20 世 纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传 感器。它是光纤和光通信技术迅速发展的产物，与以 电为基础的传感器有着本质区别。
模块七 图像检测
知识讲解 一、光纤传递的基本知识
１． 光纤结构 光纤的结构如图所示，光纤呈圆柱形，它 由玻璃纤维芯 （纤芯） 和玻璃包皮 （包层） 两个同心圆柱的双层结构组成。纤芯位于光 纤的中心部位，光主要在此传输。 ２． 光纤导光原理 对于多模光纤，可以用几何光学的方法分 析光的传播现象。此时，光在两层结构之间 的界面上靠全反射进行传播.
图像传感器ppt课件
图2.6 PN结像素结构
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为深入学习习近平新时代中国特色社 会主义 思想和 党的十 九大精 神,贯彻 全国教 育大会 精神,充 分发挥 中小学 图书室 育人功 能
6.cmos传感器的动态范围
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2.2 CMOS传感器的像素结构
❖ 由于PPD像素结构在暗电流和噪声方面的优异表现，近 年来市面上的CMOS传感器都是以PPD结构为主。但是 ，PPD结构有4个晶体管，有的设计甚至有5个，这大大 降低了像素的填充因子（即感光区占整个像素面积的比 值），这会影响传感器的光电转换效率，进而影响传感 器的噪声表现。
图2.7 PPD像素结构
对于PPD，右边部分电路只是信号读出电路。读出电路与光电转换结 构通过TX完全隔开，这样可以将光感区的设计和读出电路完全隔离开 ，有利于各种信号处理电路的引入（如CDS，DDS等）。另外，PPD 感光区的设计采用的是p-n-p结构，减小了暗电流
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2.2 CMOS传感器的像素结构
passivel Pixel噪声较大有2 个主要原因：
1、相对读出电路上的寄生电 容，PN结的电容相对较小。 代表其信号的电压差相对较小， 这导致其对电路噪声很敏感。 2、如图2.5(b)，PN结的信号， 先经过读出电路，才进行放大。 这种情况，注入到读出信号的 噪声会随着信号一起放大。
五种常用的传感器的原理和应用
五种常用的传感器的原理和应用当今社会，传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。
可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。
今天带大家来全面了解传感器！一、传感器定义传感器是复杂的设备，经常被用来检测和响应电信号或光信号。
传感器将物理参数（例如：温度、血压、湿度、速度等）转换成可以用电测量的信号。
我们可以先来解释一下温度的例子，玻璃温度计中的水银使液体膨胀和收缩，从而将测量到的温度转换为可被校准玻璃管上的观察者读取的温度。
二、传感器选择标准在选择传感器时，必须考虑某些特性，具体如下：1.准确性2.环境条件——通常对温度/湿度有限制3.范围——传感器的测量极限4.校准——对于大多数测量设备而言必不可少，因为读数会随时间变化5.分辨率——传感器检测到的最小增量6.费用7.重复性——在相同环境下重复测量变化的读数三、传感器分类标准传感器分为以下标准：1.主要输入数量（被测量者）2.转导原理（利用物理和化学作用）3.材料与技术4.财产5.应用程序转导原理是有效方法所遵循的基本标准。
通常，材料和技术标准由开发工程小组选择。
根据属性分类如下：·温度传感器——热敏电阻、热电偶、RTD、IC等。
·压力传感器——光纤、真空、弹性液体压力计、LVDT、电子。
·流量传感器——电磁、压差、位置位移、热质量等。
·液位传感器——压差、超声波射频、雷达、热位移等。
·接近和位移传感器——LVDT、光电、电容、磁、超声波。
·生物传感器——共振镜、电化学、表面等离子体共振、光寻址电位测量。
·图像——电荷耦合器件、CMOS·气体和化学传感器——半导体、红外、电导、电化学。
·加速度传感器——陀螺仪、加速度计。
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MOS电容
CCD 是由规则排列的金属—氧化物—半导体 （Metal Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。
Metal Oxide Semiconductor
二、CCD
光信息
CCD
电脉冲
脉冲只反映一个感光元件的受光情况 脉冲幅度的高低反映该感光元件受光照的强弱 输出脉冲的顺序可以反映一个感光元件的位置 完成图像传感
一、主动传感器
• 发射一定波长的信号，遇到目标时反射被传感 器接收，信号发射与接收之间的时间差TD（ti me difference）与传感器到目标的距离成正 比，通过TD即可得到距离。如激光雷达、微波 雷达等。 • 优点：直接获得深度图像，无需匹配 • 缺点：分辨率低、速度慢、反射率易受影响。
二、被动传感器
CMOS图像传感器芯片结构框图
CMOS图像传感器像素阵列
一、COMS传感器 三、CMOS
CMOS感光元件的构成比较复杂，除处于核 心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模 数转换电路，每个像素点的构成为一个感光二极 管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是 整个元件的一小部分，造成CMOS传感器的开口 率远低于CCD（开口率：有效感光区域与整个感 光元件的面积比值）；这样在接受同等光照及元 件大小相同的情况下，CMOS感光元件所能捕捉 到的光信号就明显小于CCD元件，灵敏度较低。
贝尔实验室的George Smith和 Willard、CCD图像传感器
二、CCD
由于CCD具有光电转换、信息存储、延时和将 电信号按顺序传送等功能,且集成度高、功耗低, 因此得到飞速发展,是图像采集及数字化处理必不 可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、 商业、工业、军事和消费领域。
PPS
APS
DPS将模／数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。
二、CCD图像传感器
二、CCD
1.简介
电荷耦合器件(Charge-Coupled Devices)简称 CCD，是 1970年由美国贝尔实验室首先研制出来的新型固体器件。 作为MOS技术的延伸而产生的一种半导体器件。
现代CMOS芯片外观
一、COMS传感器
• “无源像敏单元” 成像质量差、像敏单元尺 寸小、填充率低、响应速度慢 • “有源像敏单元” 增添了光敏元件和像敏单 元的寻址开关，增加了信号放大和处理等电路， 提高了光电灵敏度、减少了噪声，扩大动态范 围。
一、COMS传感器 三、CMOS
2.结构与工作原理
A、CCD的结构和工作原理
显微镜下的MOS元表面
CCD基本结构分两部分： （1）MOS（金属—氧化物—半导体） 光敏元阵列； 电荷耦合器件是在半导体硅片上 制作成百上千（万）个光敏元， 一个光敏元又称一个像素，在半 导体硅平面上光敏元按线阵或面 阵有规则地排列。 （2）读出移位寄存器。
CCD结构示意图
1.简介
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）， 互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成 CMOS数字集成电路的基本单元。 1970年，CMOS图 像传感器在NASA 的喷气推进实验室 制造成功。 1997年，英国爱丁 堡VLSI Version 公司首次实现 CMOS图像传感器 的商品化。
一、COMS传感器 三、CMOS
3.分类
CMOS 无源 像素 传感 器 PPS 有源 像素 传感 器 APS 数字 像素 传感 器 DPS
视觉传感器、应力传感器、指纹图像传感器 、凹型传感器等
一、COMS传感器 三、CMOS
Tx：开关管 Col：列总线
M1：复位管 M2：源跟随器 M3：行选通管 Col：列总线
二、CCD图像传感器
3.2 光电器件-电荷耦合器件
二、CCD图像传感器
二、CCD图像传感器
二、CCD
2.结构与工作原理
•感光二极管（Photodiode） •并行信号寄存器（Shift Register） -用于暂时储存感光后产生的电荷 •串行信号寄存器（Transfer Register） -用于暂时储存并行积存器的模拟信号并 将电荷转移放大 •信号放大器-用于放大微弱电信号 •模/数转换器-将放大的电信号转换 成数字信号
二、CCD
CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。
光敏元件 转移栅 输出
不透光的电荷转移结构 (a)
光积分区 转移栅 输出
(b)
线型CCD图像传感器
二、CCD
面型CCD图像传感器由感光 输出二极管 区、信号存储区和输出转移部分 组成。 行 输 扫 左图所示结构由行扫描电路 出 描 寄 、垂直输出寄存器、感光区和输 发 存 生 出二极管组成。行扫描电路将光 器 器 敏元件内的信息转移到水平（行 感光区 ）方向上，由垂直方向的寄存器 将信息转移到输出二极管，输出 信号由信号处理电路转换为视频 面型CCD图像传感器结构 图像信号。
• 视觉传感器，以非扩散的方式接 收数据，对环境没有任何信号污 染。 • 速度快 ，满足ITS要求 • 但受雾、夜间、阳光直射影响
视觉传感器
可见光成像
非可见光成像
COMS
CCD
紫外成像
红外成像
无线电成像
超声成像
图像传感器
图像传感器
Company Logo
一、COMS传感器 三、CMOS
二、CCD图像传感器
二、CCD
每个感光元件对应图 像传感器中的一个像素点 ，由于感光元件只能感应 光的强度，无法捕获色彩 信息，因此彩色CCD图 像传感器必须在感光元件 上方覆盖彩色滤光片。
二、CCD图像传感器
二、CCD
最常用的做法是覆盖RGB红绿蓝三色滤光片，以1：2 ：1的构成由四个像点构成一个彩色像素（即红蓝滤光 片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光 片），采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。
2、7 图像传感器
目录
1 2 3
1.1传感器概述
1.2压电传感器 1.3光电传感器 1.4电涡流传感器
4
5 6
1.5微波传感器
1.6超声波传感器 1.7图像传感器
7
图像传感器
• 图像采集设备，由3个部分组成：图像采集设 备（图像传感器）、图像处理硬件和图像处理 软件。 • 在ITS中，图像传感器分为主动传感器和被动 传感器两大类。