图像传感器image sensor
工业相机的基础知识
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工业相机的基础知识一、概述工业相机(Industrial Camera)又称机器视觉相机(Machine Vision Camera),是一种特殊用途的相机,主要应用于工业生产过程中的自动化视觉检测和控制领域。
相比于普通的消费级相机,工业相机具有更高的精度、更快的速度和更强的稳定性,可以满足工业领域对于快速、精确、长时间运行的要求。
二、工业相机的构成1.图像传感器(Image Sensor)图像传感器是工业相机最关键的部件之一,它负责将光学成像转化为电信号。
常用的图像传感器包括CCD(Charge-Coupled Device)和CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)两种。
CCD传感器具有高灵敏度、低噪声和高动态范围等优点,适用于对图像质量要求较高的应用;而CMOS传感器具有低功耗、低成本和集成度高等优点,适用于对成本和集成度有要求的应用。
2.图像采集板(Image Capture Board)图像采集板是工业相机与计算机之间的桥梁,它负责将图像传感器采集到的图像数据通过传输介质(如USB、GigE、CameraLink等)传输到计算机上进行处理。
图像采集板通常包含了图像采集芯片、接口和一些额外的硬件模块,以实现图像数据的传输和处理功能。
3.镜头(Lens)镜头是工业相机光学系统中的一个关键组件,它负责将目标物体的光学信息聚焦到图像传感器上。
根据应用需求的不同,可以选择不同类型的镜头,包括定焦镜头、变焦镜头和特殊用途镜头等。
定焦镜头适用于需要固定焦距的应用;变焦镜头可以根据需要调整焦距,适用于视野范围变化较大的应用;特殊用途镜头(如鱼眼镜头、微观镜头等)则适用于特殊的视觉应用。
4.光源(Light Source)光源是工业相机成像的必备条件之一,它提供了待检测物体的照明条件。
常用的光源有白光、红外光、激光等,根据不同的应用需求选择合适的光源类型和亮度。
数字摄像机的工作原理
![数字摄像机的工作原理](https://img.taocdn.com/s3/m/5356b94d854769eae009581b6bd97f192279bf96.png)
数字摄像机的工作原理数字摄像机(Digital Camera)是一种能够将光信号转换为数字图像的高科技设备。
它的出现不仅改变了我们的摄影方式,更为数码时代的到来奠定了基础。
本文将深入探讨数字摄像机的工作原理,揭示其内部机制。
一、图像传感器数字摄像机的核心部件是图像传感器(Image Sensor),它负责捕捉光信号并转化为数字图像。
目前市面上常见的图像传感器主要有两种类型:CCD(Charge-Coupled Device)和CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)。
CCD传感器是利用肖特基势垒的电场传输载流子的装置。
当光照通过透镜进入CCD传感器后,光子会被感光单元吸收并转化为电荷。
然后,通过时钟驱动电路将电荷逐行传输至输出端,形成完整的图像。
CCD传感器具有高灵敏度和低噪声的特点,适用于对图像质量较高要求的场合。
CMOS传感器是一种集成度较高的数字摄像机图像传感器,其工作原理类似于传统的MOS(Metal-Oxide-Semiconductor)结构。
CMOS 传感器将每个感光单元和转换电荷的放大器集成在一起,能够直接输出图像电压信号。
相对于CCD传感器,CMOS传感器具有低功耗、高集成度和价格更为低廉等优点,因此被广泛应用于数码摄像机和智能手机等设备。
二、数字图像处理器数字图像处理器(Digital Image Processor)是数字摄像机的另一个关键组成部分。
它负责接收图像传感器输出的模拟信号,并将其转换为数字信号进行进一步处理。
数字图像处理器能够对图像进行去噪、锐化、调整亮度对比度等操作,同时还能够实现自动对焦、自动曝光和图像稳定等功能。
在数字图像处理器中,通常还会配备有专门的图像处理算法,如图像压缩算法、白平衡算法和色彩校正算法等,以提升图像质量。
数字图像处理器的发展和提升为数字摄像机在图像处理方面带来了更高的性能和更多的创意空间。
CMOS IMAGE SENSOR
![CMOS IMAGE SENSOR](https://img.taocdn.com/s3/m/31433c4ebe1e650e52ea994a.png)
CMOS的成像原理 1
• CMOS可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与 主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
CMOS的成像原理 2
• 从技术角度分析成像原理,核心结构上每单位像素点由一个感光 电极、一个电信号转换单元、一个信号传输晶体管,以及一个信 号放大器所组成。理论上CMOS感受到的光线经光电转换后使电极 带上负电和正电,这两个互补效应所产生的电信号(电流或者电 势差)被CMOS从一个一个像素当中顺次提取至外部的A/D(模/数) 转换器上再被处理芯片记录解读成影像 。 • 具体工作时先由水平传输部采集信号,再由垂直传输部送出全部 信号,故CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大,采用 这种方法可进行快速的数据扫描。
Sensor 基本知识
Sensor 概述
• 图像传感器(SENSOR)是一种半导体芯片,其表面包含有几十万 到几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时,就会产生电 荷。
• SENSOR可以分为两类: • CCD(charge couple device) :电荷耦合器件 • CMOS(complementary metal oxide semiconductor):互补金属氧化 物半导体 (以下以CMOS为例,进行介绍)
CMOS的成像原理 3
• COMS传感器原理模拟图
CMOS Sensor chip structure
CMOS Sensor chip structure
• Active area • Color filter, Bayer Pattern • Control logic
• Row/Column Decoder • ISP
cmos image sensor 工作原理
![cmos image sensor 工作原理](https://img.taocdn.com/s3/m/24201aabe109581b6bd97f19227916888486b9f8.png)
cmos image sensor 工作原理CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传感器是一种常见的数字摄像头和摄像机中使用的图像传感器。
它是一种主动型传感器,采用一种特殊的半导体工艺来转换光信号为电信号。
CMOS图像传感器的工作原理基于光电效应和半导体器件的特性,让我们一步一步地来了解它的工作原理。
首先,我们需要了解光电效应。
光电效应是指当光照射到物质表面时,会引起物质中的电子发生跃迁,并产生电荷。
这是CMOS图像传感器能够将光信号转化为电信号的基础。
当光照到CMOS图像传感器的感光单元上时,光子会击中感光单元上的光电二极管,从而引起电荷的产生。
感光单元是CMOS图像传感器的基本单元,每个感光单元都由一个光电二极管和一个孔隙受体组成。
光电二极管是一种PN结构,当光照射到PN结上时,会产生电子-空穴对。
这些电子-空穴对会被电场分离,电子向感测器的N区移动,而空穴向感测器的P区移动。
这个过程被称为光电效应。
光电二极管将产生的电荷收集到感测器中,而感测器则将电荷转换为电压信号。
感测器是一种放大器,它将电荷放大为可测量的电压信号。
感测器通常由晶体管组成,晶体管的放大倍数决定了感测器的灵敏度。
在CMOS图像传感器中,有一个关键的部分是图像传感器阵列。
它由成千上万个感光单元排列在一起,形成一个二维阵列。
每个感光单元都能够感知光信号,并将其转化为电信号。
这些感光单元在整个阵列中被连接起来,形成一个像素阵列。
每个像素都有一个唯一的位置,可以通过行和列的地址进行访问。
当光照到像素上时,每个像素的感测器都会将电荷转换为电压信号。
这些电压信号会被传递到片上的模数转换器(ADC),将模拟电压信号转换为数字信号。
CMOS图像传感器还包括一些附加组件,如引导线、放大器和色彩滤波器。
引导线用于将电荷从感测单元传递到感测器和ADC。
放大器用于放大感测器产生的电压信号,以增加图像传感器的灵敏度。
图像传感器
![图像传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/43185ec5f80f76c66137ee06eff9aef8951e4855.png)
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。
手机摄像模组知识简介
![手机摄像模组知识简介](https://img.taocdn.com/s3/m/92476ae7284ac850ad0242c3.png)
手机摄像模组知识简介CCM名词解释手机摄像模组又称为CCM英文为:Contraction/Chip Camera Module 中文为:紧凑型/单芯片型摄像模组手机摄像模组CCM结构手机摄像头模组由镜头lens holder)、传感器Sensor简介图像传感器(Image Sensor)图像传感器(Image Sensor)是一种半导体芯片,其表面包含有几十万到几百万的光电二极管。
光电二极管受到光照射时,就会产生电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号。
目前有两种:一种是CCD(Charge Coupled Device电荷藕合器件);另一种是CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor互补金属氧化物导体)。
舜宇光电Sensor简介Wafer PLCC DIPCLCC CSPImage Sensor的应用范围CCD CMOS区别CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
到目前为止,市面上绝大多数的消费级别的数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS则作为中低端产品应用于一些摄像头上。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。
但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。
CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与信号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于CCD的ADC与信号处理器的制程与CMOS不同,要缩小CCD套件的体积很困难。
CMOS SENSOR的主要分类按像素分1、CIF: Common Intermediate Format 通用中间格式352*288 (10万)2、VGA: Video Graphics Array 视频图形阵列640*480 (30万)3、SXGA: Super Extended Graphics Array高级扩展图形阵列1200*1024 (1.3Mega)4、UXGA: Ultra Extended Graphics Array超级扩展图形阵列1600*1200 (2Mega)5、QXGA: Quadruple XGA 四倍的XGA2048*1536 (3Mega)6、QSXGA: Quadruple SXGA四倍的SXGA2560*2048 (5Mega)CMOS SENSOR的主要分类CMOS SENSOR的主要分类按光学尺寸分指感光区的对角线长度一般有:1/2”1/3”1/4”1/5”1/7”1/11”等CMOS SENSOR的主要分类按输出接口分Traditional parallel digital video port (标准并行数字视频接口)MIPI(移动工业处理器接口)SMIA(标准移动图像处理体系结构)舜宇光电1、OmniVision---豪威2、Aptina(Micron)---美光3、ST---意法半导体4、SamSung---三星5、Sony---索尼6、SiliconFile7、MagaChip8、SET9、PixelPlus10、Hynix11、Galaxycore(格科微)SENSOR工作原理景物通过镜头(Lens)生成的光学图像,投射到图像传感器(Sensor)感光面上,将光信号转为电信号。
imagesensor工作原理
![imagesensor工作原理](https://img.taocdn.com/s3/m/228ae85e0a1c59eef8c75fbfc77da26925c596b5.png)
imagesensor工作原理imagesensor,即图像传感器,是一种将光信号转化为电信号的器件。
它是数字相机、手机摄像头等图像设备的核心组件,其工作原理主要包括光电转换和信号处理两个部分。
光电转换是imagesensor的基本功能。
当光照射到imagesensor 上时,光子会激发sensor中的光敏元件,使其产生电荷。
光敏元件通常采用半导体材料,如硅(Si)或铟镓锗(InGaAs),这些材料能够将光子能量转化为电子能量,从而形成电荷。
imagesensor中的光敏元件通常由许多光敏单元(photosite)组成,每个光敏单元对应图像的一个像素(pixel)。
光敏单元通过栅极(gate)和源漏极(source/drain)的控制,可以将产生的电荷读出并转化为电压信号。
这个过程通常通过CMOS或CCD技术实现。
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)是一种集成电路技术,它利用PN结的电流放大和MOS管的开关特性来实现信号的读出和处理。
CMOS imagesensor由光敏单元阵列、增益放大器、采样电路、模数转换器等模块组成。
当光照射到光敏单元上时,产生的电荷经过增益放大器放大后,通过采样电路和模数转换器转化为数字信号。
CCD(Charge-Coupled Device)是一种专用的光电转换器件。
它利用电荷在半导体表面的传输来实现信号的读出和处理。
CCDimagesensor由光敏单元阵列、信号传输器、电荷放大器、模数转换器等模块组成。
当光照射到光敏单元上时,产生的电荷通过信号传输器传输到电荷放大器,经过放大后,再通过模数转换器转化为数字信号。
不论是CMOS还是CCD,imagesensor的工作原理都是将光信号转化为电信号。
它们的差异主要在于电荷的读出方式和信号处理电路的不同。
CMOS具有集成度高、功耗低、读出速度快等优势,适用于大规模集成、高速采集的应用场景。
行车记录仪的图像 传感器
![行车记录仪的图像 传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/9eea9fdf76eeaeaad1f33026.png)
图像传感器,英文Image sensor 一般习惯叫它sensor。
光线透过镜头之后,在这里形成影像,将光信号变成电信号。
图像传感器,目前常用的有CCD和CMOS两种。
一般来说,CCD的成像质量比CMOS的好不少,但工艺复杂,功耗大,价格偏高,特别是大尺寸的更是贵得离谱。
所以目前CCD主要用于安防监控这一块,并且这些CCD的分辨率都是比较低的。
目前常见的百万像素以上的图像传感器基本都是CMOS的。
Sensor躲在镜头下面,它有一个玻璃的表面,玻璃下方是晶片,晶片在光线的照射下折射出五颜六色的光。
下图是两个图像传感器的照片。
你别以为下面是一块平板,它实际上是有很多很多小的格子组成,每个格子都能单独接受光线,将照到这一格内的光转成电信号。
这些格子又叫像素点。
目前行车记录仪的分辨率有VGA(640*480),720P(1280*720),1080P (1920*1080)。
640*480意思就是这个图像水平方向有640个点,垂直方向有480个点,也就是说,每一帧画面上有640*480=307200个点,也就是我们常说的30万像素。
同理我们可以知道,720P画面上有92万像素。
1080P有200万像素。
提到像素,就不得不提到一个名词,叫插值,这里往往是商家坑消费者的利器。
简单说就是把图像放大后保存。
比如一个VGA的记录仪,一般选用30万像素的sensor。
但现在VGA已经不是主流,有些商家就动起了歪脑筋,在软件上将图像放大,然后调整成1280*720的。
然后就当720P的卖,价格当然要比真正的要便宜,于是就有人上当了。
经这么一处理,虽然电脑上看上去文件是720P的,但实际上sensor总共就30万像素,经这么一放大,你也不可能获得更多的信息,但文件却比原来大了好多,浪费了宝贵的存储空间。
拍照也可以用同样的手段将30万插值到300万甚至上千万。
目前的记录仪,如果是VGA分辨率的,基本上100%采用30万像素的sensor。
简述cmos图像传感器的工作原理及应用
![简述cmos图像传感器的工作原理及应用](https://img.taocdn.com/s3/m/d478ac0de418964bcf84b9d528ea81c758f52e8a.png)
简述CMOS图像传感器的工作原理及应用1. 工作原理CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor)作为一种常见的图像采集装置,在各种电子设备中被广泛应用。
它的工作原理主要包括以下几个步骤:1.1 光电转换当光线照射到CMOS图像传感器上时,光子会与图像传感器中的感光单元发生相互作用。
每个感光单元由一个光电二极管和一个储存电荷的电容器组成。
光电二极管的特殊结构使得它能够将光子转化为电荷。
1.2 电荷收集当感光单元吸收到光子后,光电二极管中的电子将被释放出来并存储在电容器中。
这个过程称为电荷收集。
光线越强,释放的电子就越多,储存在电容器中的电荷也就越多。
1.3 信号放大和采集为了确保图像的准确性和清晰度,接下来对储存的电荷进行放大和采集。
在CMOS图像传感器中,每个感光单元都有相应的输出线路,将电荷转化为电压信号,并经过放大电路进行信号放大。
1.4 数字转换放大后的模拟信号需要经过模数转换器(ADC)进行转换,将模拟信号转化为数字信号。
数字信号可以直接处理、存储和传输。
1.5 数据处理经过数字转换后,图像数据可以进行相关处理,如去噪、增强、压缩等。
处理后的图像可以输出到显示屏、存储设备或其他外部设备进行应用。
2. 应用2.1 摄像头CMOS图像传感器在摄像头中得到了广泛应用。
由于其低功耗、高集成度和成本效益等特点,CMOS图像传感器取代了传统的CCD图像传感器,成为主流的图像采集技术。
摄像头的应用领域包括智能手机、监控摄像机、数码相机等。
2.2 自动驾驶CMOS图像传感器在自动驾驶系统中发挥着重要的作用。
它可以捕捉到路面上的图像信息,识别道路标志、车辆、行人等障碍物,并将这些数据传输给自动驾驶系统进行处理和决策,从而实现自动驾驶功能。
2.3 医学影像在医学影像领域,CMOS图像传感器可以用于X光成像、透视成像和内窥镜等诊断设备中。
它可以高效地捕捉和记录患者的影像信息,帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
消费类电子常用图像传感器(CMOS Image Sensor)介绍
![消费类电子常用图像传感器(CMOS Image Sensor)介绍](https://img.taocdn.com/s3/m/da8bd2207375a417866f8fcf.png)
2.4 常用CMOS Sensor列表
厂商 名称 像素 尺寸
1/6.2
高度
封装
电源
1.5/1.8/2.8/1.5-3.3
帧 率
输出
功率
TBD
Pixel PO6030K plus OVT OV7660 OVT OV7670 OVT OV7680 OVT OV9650 OVT OV9655 OVT OV9660 OVT OV2640 OVT OV3640
VGA VGA VGA VGA SXGA SXGA SXGA UXGA QXGA
867 CLCC-48 CSP-22 CSP-24 CSP-24 CSP-24 CSP-28 CSP-26 CSP-38 CSP-56
30 YUV/RGB 30 30 30 15 15 15 15 15 YUV/RGB YUV/RGB YUV/RGB YUV/RGB YUV/RGB YUV/RGB YUV/RGB RGB
全画幅: 传统的照相机胶卷尺寸为35mm,35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。 换算到数码相机,被称为全画幅感光器。例如尼康的D3s,佳能的5D MarkII APS-画幅: 感光器面积为:27.9×18.6mm(28.7×19.1mm),例如:佳能的1D Mark IV APS-C画幅: 感光器面积为:23.6×15.8mm(22.5×15.0mm),例如:尼康的D90, 佳能的500D 消费级画幅: 现在市面上的消费级数码相机主要有: 2/3“(8.8×6.6mm) 1/1.8”(7.718×5.319mm) 1/2.5“(5.38×4.39mm) 手机摄像头,网络/监控摄像头主要有: 1/3",1/4",1/5",1/6",1/8",……
cis成像原理
![cis成像原理](https://img.taocdn.com/s3/m/5491d65da55177232f60ddccda38376baf1fe0be.png)
cis成像原理
CIS成像原理
CIS(Contact Image Sensor)即接触式图像传感器,是一种用于数
字化图像的传感器。
它主要由光源、透镜、图像传感器和信号处理电
路组成,是一种高速高分辨率的图像获取设备。
CIS成像原理是利用光电效应将物体反射的光线转换成电信号,通过信号处理电路将其转换为数字信号,最终形成数字图像。
具体原理如下:
1. 光源:CIS采用LED作为光源。
LED具有低功耗、长寿命、亮度高
等优点,能够提供稳定的光照条件。
2. 透镜:透镜主要起到聚焦作用,将物体反射的光线聚焦到图像传感
器上。
透镜材料通常采用玻璃或塑料。
3. 图像传感器:CIS采用CMOS技术制造的图像传感器。
CMOS技术具有功耗低、集成度高等优点,能够实现高速高分辨率的图像采集。
4. 信号处理电路:信号处理电路主要负责将图像传感器输出的模拟信
号进行放大、滤波和A/D转换等处理过程,最终将其转换为数字信号。
CIS成像原理的优点是采用接触式扫描方式,能够实现高速高分辨率的图像采集。
同时,CIS设备体积小、功耗低、稳定性好,适用于各种场合的图像获取需求。
总之,CIS成像原理是利用光电效应将物体反射的光线转换成电信号,并通过信号处理电路将其转换为数字信号的过程。
它具有高速高分辨率、体积小、功耗低等优点,是一种广泛应用于数字化图像领域的传感器。
第十课图像传感器
![第十课图像传感器](https://img.taocdn.com/s3/m/f2ad986a1eb91a37f1115cf0.png)
• Charge coupled devices (CCDs) have already been well developed through their use in astronomical telescopes, scanners, and video camcorders. However, there is now a well established alternative, the CMOS image sensor, as shown in Fig 10-5. Both CCD and CMOS image sensors capture light using a grid of small photosites on their surfaces. It‟s how they process the image and how they are manufactured where they differ from one another.
photon光子 pixel像素 bottom底部 microlens微型透镜 amplifier放大器 convert转换 astronomical天文学的 telescope望远镜 camcorder便携式摄像机 manufacture了单个像素点的颜色,连同传感器上所有其他像点
捕捉的像素数,通过设置屏幕或者打印页上和像素相匹配的颜色和亮度,我们可以 重构图像。
• Types of image sensors
• The CCD image sensor as shown in Fig 10-3. • As shown in Fig 10-4, a CCD is like a threedecker sandwich. The bottom layer contains the photosites. Above them is a layer of colored filters that determines which color each site records. Finally, the top layer contains microlenses that gather light.
图像传感器image_sensor
![图像传感器image_sensor](https://img.taocdn.com/s3/m/8861539fe53a580216fcfe9e.png)
CCD & CMOS Image Sensors
contents
What is an Image sensor Possible uses
CCD Image Sensors
CMOS Image Sensors
Advantages/Disadvantages between CMOS and CCD
2018/9/16 7
How CCDs Record Colour
• • Each CCD cell in the CCD array produces a single value independent of colour. To make colour images, CCD cells are organized in groups of four cells (making one pixel) and a Bayer Filter is placed on top of the group to allow only red light to hit one of the four cells, blue light to hit another and green light to hit the remaining two. The reasoning behind the two green cells is because the human eye is more sensitive to green light and it is more convenient to use a 4 pixel filter than a 3 pixel filter (harder to implement) and can be compensated after a image capture with something called white balance. Ex. A Bayer filter applied to the underlying CCD pixel
cmos image sensor 原理
![cmos image sensor 原理](https://img.taocdn.com/s3/m/9a0f7724640e52ea551810a6f524ccbff121cadb.png)
cmos image sensor 原理
CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)图像传
感器是一种集成电路技术,用于捕捉和处理光信号并转化为数字图像。
CMOS图像传感器基于CMOS技术,结合了传感器
和处理器的功能。
CMOS图像传感器的原理如下:
1. 光敏区:CMOS图像传感器包含一个光敏区,通常由光敏
单元组成。
这些光敏单元由光敏材料(比如硅)组成,当光照射到它们时,光子会与光敏单元相互作用产生电荷。
2. 电荷转换:光敏单元中的光电荷会被转换成电压信号。
传感器中的像素电路会将光电荷转换成电势或电流信号,以便能够测量光照的强度。
3. 信号放大:转换后的电势或电流信号会经过信号放大器进行放大,以提高信号的强度和准确性。
4. 数字信号处理:放大后的信号会经过一系列的数字信号处理电路,比如模数转换器(Analog-to-Digital Converter, ADC),用于将模拟信号转换成数字信号。
这个过程将信号分割成像素,并对每个像素进行处理。
5. 数字图像输出:处理后的数字信号会传送到输出端口,通常是通过串行接口传输给计算机或其他设备。
这些设备会对数字信号进行解码,并显示为可视的图像。
CMOS图像传感器具有成本低、功耗低和集成度高的优势,
广泛应用于数码相机、摄像机、手机和其他计算机视觉应用中。
一种CMOS图像传感器ADC的高速高精度S∕H电路
![一种CMOS图像传感器ADC的高速高精度S∕H电路](https://img.taocdn.com/s3/m/c8dd2ebadc88d0d233d4b14e852458fb770b3835.png)
一种CMOS图像传感器ADC的高速高精度S∕H电路CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)是一种集成电路,它能够将光转变为电信号。
在数字相机、手机、安防监控等领域,CMOS图像传感器已经逐渐取代了CCD图像传感器成为主流。
在数字图像处理中,采集到的模拟信号需要经过模数转换器(ADC)转化为数字信号,再进行数字信号处理。
因此,ADC的性能对最终图像质量有着决定性影响。
对于CMOS图像传感器,采样保持(Sample and Hold,S/H)电路是转化模拟信号为数字信号的关键模块之一。
S/H电路在一个采样时间内对模拟信号进行采样并保持,然后将采样得到的电荷转化为电压,并将其送入ADC进行数字化处理。
由于CMOS图像传感器的特殊性质,S/H电路需要具有高速、高精度、低功耗、低噪声等特点。
在S/H电路的设计中,需要考虑到以下几个因素:1. 采样时间和保持时间:采样时间需要足够短以保证采样时不发生过采样或欠采样的现象,而保持时间需要足够长以保证所保持的电荷不发生漏电。
2. 总谐振频率和雪崩噪声:总谐振频率是指S/H电路中共振频率,需要保持在合适的范围内。
而雪崩噪声则是由于MOSFET工作在深度反型区而引起的噪声。
3. 带宽限制:S/H电路处理的信号需要具有高带宽限制,以保证其能够处理高速信号。
4. 相干噪声:当使用多通道S/H电路时,需要考虑相邻通道之间的相干噪声。
在S/H电路的设计中,需要使得S/H电路的时间常数足够短,同时保证其输入电阻和噪声电压足够小。
因此,目前一些研究者提出了一种用于CMOS图像传感器ADC的高速高精度S/H电路设计,该电路采用互补电容结构来实现一次-保持-两次(One-Sample-Hold-Two,OSHT)的采样保持过程,同时利用T网络来抑制开关噪声。
该电路的主要优点是具有很好的线性度和噪声性能,在样本以及保持过程中,输入阻抗保持低,能够保证快速而准确的信号采样和保持。
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CCD Electron packet Voltage (analog) Bits (digital) Low High Low PCB + multiple chips + lens Moderate High ) High to none Moderate to High
CMOS Voltage Bits (digital) Bits (digital) Moderate to High Low High Chip + lens Slightly better Moderate High Higher Low to Moderate
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• Basic operation of CMOS
The structure of CMOS
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Comparison
Table 1 Feature&performence Comparison
Feature&performence Signal out of pixel Signal out of chip Signal out of camera System Noise System Complexity Sensor Complexity Camera components Responsivity Dynamic Range Anti-blooming(di Speed Uniformity(均匀
•
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• Basic operation of CCD
The structure of CCD
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CMOS
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CMOS
• A CMOS, or Complementary Metal Oxide Semiconductor, each pixel has neighboring transistors which locally perform the analog to digital conversion. • This difference in readout has many implications in the overall organization and capability of the camera. • Each one of these pixel sensors are called an Active Pixel Sensor (APS)
– Astronomy, most notably in the Hubble Space Telescope – Machine vision/sensing – UV Spectroscopy – Etc.
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How Image Sensors Work
• Both CCD and CMOS sensors work by employing photosensitive circuitry that reacts to light and stores the analog signals as digital data, namely an image. • They both use different methods to achieve this. • First we will take a look at CCD image sensors.
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)
High
Comparison
(a) CCD
(b) CMOS
The comparison of CCD and CMOS
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Thank you for attention!
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How CCDs Record Colour
• • Each CCD cell in the CCD array produces a single value independent of colour. To make colour images, CCD cells are organized in groups of four cells (making one pixel) and a Bayer Filter is placed on top of the group to allow only red light to hit one of the four cells, blue light to hit another and green light to hit the remaining two. The reasoning behind the two green cells is because the human eye is more sensitive to green light and it is more convenient to use a 4 pixel filter than a 3 pixel filter (harder to implement) and can be compensated after a image capture with something called white balance. Ex. A Bayer filter applied to the underlying CCD pixel
• When light strikes a CCD, it acquires an electrical charge according to how much light has hit the particular CCD cell. • Each CCD cell can transfer its charge to its neighboring cell and then off to external circuitry.
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CCD
• A CCD, or a Charged-Coupled Device, is a photosensitive analog device that records light as a small electrical charge in each of its pixels or cells. In essence a CCD is an collection of CCD cells. • The signal captured by the CCD requires additional circuitry to convert the analog light data into a readable digital signal. • This is mainly layers of capacitors called Stages which act as a way to transport the analog signal to an array of flip-flops which store the data all controlled by a clock signal.
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Image Sensor
• An Image Sensor is a photosensitive device that converts light signals into digital signals. • Typically, the two main types in common use are CCD and CMOS sensors and are mainly used in digital cameras and other imaging devices. • CCD stands for Charged-Coupled Device and CMOS stands for Complementary Metal–Oxide– Semiconductor
CCD & CMOS Image Sensors
contents
What is an Image sensor Possible uses CCD Image Sensors CMOS Image Sensors
Advantages/Disadvantages between CMOS and CCD
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Mirror Raised Sensor Exposed
2011sensors are not only limited to digital cameras. • Image sensors are used in other fields such as: