传感器原理b11(免费阅读).ppt

三、光谱响应特性 CCD图像传感器具有很宽的感光光谱范围，其感光光谱可延伸至红外区域，利用此特性，可以在夜间无可见光照明的情况下，用辅助红外光源照明，也能使CCD图像传感器清晰地成像。 CCD的光谱响应范围 　　CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围，一般在0.2~1.1μm的波长范围内。特种材料的红外CCD 的波长响应可扩展到几微米，即CCD 的光谱响应范围从远紫外，近紫外，可见光到近红外区，甚至到中红外区。 人眼的视觉范围 光波的波长范围从几纳米到1 mm，即10-9 ~10-3m，而人眼的感光范围只在0.38~0.78 μm的范围。 四、暗电流 暗电流起因于热激发产生的电子－空穴对，是缺陷产生的主要原因。暗电流的大小与温度的关系极为密切，温度每降低100度，暗电流约减少一半。 CCD器件暗电流越小越好。 五、分辨率 　　　CCD图象传感器的分辨率表示能够分辨图像中明暗细节的能力,通常用极限分辨率和调制传递函数MTF来表征。 极限分辨率fm 极限分辨率fm 是指人眼能够分辨的最细线条数，通常用每毫米线对数来表示（一黑一白线条为一线对）。CCD是离散采样器件，根据奈奎斯特采样定理，定义图像传感器的最高分辨率fm等于它的空间采样频率f0的一半，即 　 如果某一方向上的像元间距为α，则该方向上的空间采样频率为1/α（线对/mm）。　 五、分辨率 调制传递函数MTF 当光强以正弦变化的图像作用在传感器上时，电信号幅度随光像空间频率的变化为调制转移函数MTF。可表示为输出调制度Mout与输入调制度Min之比。 　 t i O T 六、转移效率 当CCD中电荷包从一个势阱转移到另一个势阱时，若Q1为转移一次后的电荷量，Q0为原始电荷，则转移效率定义为 若转移损耗定义为 则电荷进行N次转移时，总转移效率为 要求转移效率必须达到99.99％－99.999% 七、信噪比 表示在图像信号中包含噪声成分的指标。在显示的图像中，表现为不规则的闪烁细点。噪声颗粒越小越好。信噪比的数值以分贝（DB）表示。 11.2 其它类型的图像传感器 11.2.1 电荷注入器件（ CID ） CID是一种电荷注入器件（Charge-Injected Device），其基本结构与CCD相似，也是一种MOS结构，当栅极上加上电压时，表面形成少数载流子（电子）的势阱，入射光子在势阱邻近被吸收时，产生的电子被收集在势阱里，其积分过程与CCD一样。 11.2 其它类型的图像传感器 CID与CCD的主要区别在于读出过程，在CCD中，信号电荷必须经过转移，才能读出，信号一经读取即刻消失。而在CID中，信号电荷不用转移，是直接注入体内形成电流来读出的。即每当积分结束时，去掉栅极上的电压，存贮在势阱中的电荷少数载流子（电子）被注入到体内，从而在外电路中引起信号电流，这种读出方式称为非破坏性读取（Non-Destructive Read Out）,简称：NDRO。CID的NDRO特性使它具有优化指定波长处的信噪比（S/N）的功能。 同时CID可寻址到任意一个或一组象素，因此可获得如“相板”一样的所有元素谱线信息。 下图为MOS单通道线型固态图像传感器的结构示意图，由感光区和传输区两部分组成，感光区由一列光敏单元组成，传输区由转移栅及一列移位寄存器组成。光照产生的信号电荷存贮于感光区的光敏二极管中，接通转移栅后，信号电荷流入传输区，传输区是遮光的，以防因光生噪声电荷干扰导致的图像模糊。 11.2.2 MOS图像传感器 MOS图像传感器又称自扫描光电二极管阵列（Self Scanned Photodiode Array，简称SSPA）。 11.3 固态图像传感器的应用 固态图像传感器的应用主要在以下几方面： 1.计量检测仪器：工业生产产品的尺寸、位置、表面缺陷的非接触在线检测、距离测定等。 2.光学信息处理：光学文字识别、标记识别、图形识别、传真、摄像等。 3.生产过程自动化：自动工作机械、自动售货机、自动搬运机、监视装置等。 4.军事应用：导航、跟踪、侦查（带摄像机的无人驾驶飞机、卫星侦查）。 1.尺寸自动检测 对于尺寸较小的物体目标（2～30mm），可以采用平行光成像法，如下图所示。 不难看出，此种测试方法的精度取决于平行光的准直程度和CCD像元尺寸的大小。当然，平行光源要作得十分理想是有一定困难的，且随准直度的提高成本增加，光源的体积也要加大。在实际应用中常常通过计算机处理，对测量值进行修正，以使测量