CMOS图像传感器原理及应用ppt课件

CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较
• 感光组件的区别： • 放大器位置和数量:比较CCD图 像传感器和CMOS图像传感器 的结构，放大器的位置和数量 是最大的不同之处 。
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性能差异： 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现的不同点。 CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透 过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持数据的完整性。 CMOS图像传感器的制程比较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再 整合各个像素的数据。 整体来说，CCD图像传感器与CMOS图像传感器两种设计的应用，反应在成像效 果上，形成包括ISO感光度、制造成本、分辨率、噪声与耗电量等，不同类型的差 异： 1、ISO感光度差异： 2、成本差异 3、分辨率差异 4、噪声差异 5、耗电量差异 6、随机读取
• 无源像素传感器
在无源像素传感器的像素单元中包括一个光二 极管(PhotoDiode)和一个MOS管，MOS管作为 行选(RowSeleet)开关.
• 有源像素传感器
这种有源像素传感器的像素单元通常称为3-T(3-Trnasistor) 结构，在像素单元中，除一个光二极管外，还包括一个重 置(Reset)MOS管、一个源极跟随器(Source Follower) MOS管和一个行选MOS管。
暗电流
• 所谓暗电流，就是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量， 一个被隔离的反向偏置的光电二极管即使在没有任何光照的条件 下，也会产生放电现象。
快门模式
• 快门对于CMOS图像传感器而 言是很重要的，通过电子快门 的方式可以控制CMOS图像传 感器的积分时间。对于CMOS 图像传感器而言，通常有两种 快门的机制：卷帘式快门（ Rolling Shutter）和全局式快 门（Global Shutter）。
卷帘式快门
全局式快门优点在于拍摄运 动物体不会失真。 卷帘式快门的优点在于没有 采样保持单元，结构简单噪 音低。
全局式快门 卷帘式快门
• 读取方式： • 根据快门方式有所不同， CMOS图像传感器的像素信号 读取有两种方式，即扫描读取 方式和随机读取方式，如图所 示。
扫描读取
随机读取
动态范围
• 图像传感器的动态范围通常可 定义为：传感器最大的非饱和 信号与暗条件下噪声均方差之 比。 • 一般来说，具有较宽动态范围 的传感器可以探测更宽的场景 照度范围，从而可以得到具有 更多细节的图像。
CMOS图像传感器的基本工作流程
1.发生光电效应。 2.行选择逻辑单元选通相应的行 像素单元。 3.信号通过各自所在列的信号总 线传输到对应的模拟信号处理单 元以及A/D转换器。
CMOS图像传感器的关键参数
衡量CMOS图像传感器性能的参数有很多,下面对这些 参数做简单的介绍: 感光度 分辨率 暗电流 噪声特性 动态范围 快门方式
噪声特性
• 由于数码相机本身采用大量的 电子器材，所拍摄的影像质量 很容易受到电子原件的电磁溢 波干扰，CMOS图像传感器上 残存的能量以及运作环境温度 升高（机体运作时间过久）所 产生的自然噪声。这些噪声会 被纪录在你所拍摄的影像画面 中，你可以透过单一色调的拍 摄（黑色）做为观察Noise的指 标。
CMOS图像传感器的像素阵列
• CMOS图像传感器的像素阵列由大量相同的像素单元组成 ，这些相同的像素单元是传感器的关键部分。 • 随着CMOS图像传感器的发展，可以细分为很多类，这里 我们依照像素不同类型来分，就可分为两大类：一类是无 源像素传感器（CMOS-PPS），另一类是有源像素传感器 （CMOS-APS）。
CMOS图像传 感器原理及应用
主要内容：
• CMOS图像传感器的组成 • CMOS图像传感器的像素阵列
• CMOS图像传感器的基本工作流程
• CMOS图像传感器的关键参数 • CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较 • CMOS图像传感器件的应用
CMOS图像传Fra Baidu bibliotek器的组成
• 组成： • CMOS图像传感器的原 理如图所示，通常由像 敏单元阵列、行驱动器 、列时序控制逻辑、 A/D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。
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ISO感光度
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ISO值是用来表示传统相机所 使用底片的感光度。当ISO数值 愈大时，感光度就愈大。
分辨率
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• 差异总结及前景展望： • 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不 同。CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属 通道设计），透过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可 以保持数据的完整性；CMOS图像传感器的制程比较简单，没有专属 通道的设计，因此必须先行放大再整合各个画素的数据。新一代的 CCD朝向耗电量减少作为改进目标，以期进入手机摄像头的移动通讯 市场；CMOS系列，则开始朝向大尺寸面积与高速图像处理芯片整合 ，借由后续的图像处理修正噪声以及画质表现，CMOS未来跨足高阶 的影像市场产品，前景可期。