《第11章固态图像传感器.ppt

固态图像传感器：一种固态集成元件，其核心部分是电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)。 CCD：以阵列形式排列在衬底材料上的金属——氧化物——硅(Metal Oxide Semiconductor，简称MOS)电容器件组成的，具有光生电荷、积蓄和转移电荷的功能。 固态图像传感器的分类： 线阵型：目前一般有1024、1728、2048和4096个像素的传感器； 面阵型：从512×512一直到512×768个像素的，最高分辨力的可达2048×2048个像素的。 一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。 MOS电容器组成的光敏元及数据面的显微照片 CCD光敏元显微照片 CMOS图像传感器 CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一类图像传感器，简称CMOS。现在市售的视频摄像头多使用CMOS作为光电转换器件。虽然目前的CMOS图像传感器成像质量比CCD略低，但CMOS具有体积小、耗电量小、售价便宜的优点。 1) 线阵CCD外形 1) 线阵CCD外形 2) 面阵CCD 面阵CCD能在x、y两个方向都能实现电子自扫描，可以获得二维图像 2) 面阵CCD 200万和1600万像素的面阵CCD 2) 面阵CCD 2) 面阵CCD 光谱响应、动态范围、信噪比、CCD芯片尺寸等 在CCD像素数目相同的条件下，像素点大的CCD芯片可以获得更好的拍摄效果。大的像素点有更好的电荷存储能力，因此可提高动态范围及其他指标。 　 CCD以电荷作为信号，所以电荷信号的转移效率就成为其最重要的性能之一。把一次转移之后，到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比称为电荷转移效率。好的CCD具有极高的电荷转移效率，一般可达0.999995，所以电荷在多次转移过程中的损失可以忽略不计。例如，一个有2048像元的CCD，其信号电荷的总的电荷转移效率为0.9999952048，即0.9898，损失率只有约0.1%。 量子效率(QE) 动态范围DR的定义为： DR=VSAT/VDRK 其中VSAT为饱和输出电压，VDRK为有效像元的平均暗电流输出电压。在正常工作条件下，CCD检测器的所有像元经历同时曝光，上式表示的是单个检测像元的动态范围，即简单动态范围。CCD的简单动态范围非常大，宽达10个数量级。以7500?的红光光子为例，CCD可在1ms积分时间内对光强达每秒5×109个光子的光束响应．可以对每秒7×10-2个光子的光源响应，而且在整个动态范围内，都能保持线性响应。 彩色CCD显微照片（放大7000倍） 线阵CCD在扫描仪中的应用 线阵CCD在图像扫描中的应用 彩色印刷中的套色工艺监控 线阵CCD用于字符识别 CCD数码照相机 数码相机简称DC，它采用CCD作为光电转换器件，将被摄物体的图像以数字形式记录在存储器中。 数码相机从外观看，也有光学镜头、取景器、对焦系统、光圈、内置电子闪光灯等，但比传统相机多了液晶显示器(LCD)，内部更有本质的区别，其快门结构也大不相同。 CCD用于图像记录 数码相机的外形 CCD数码照相机的结构 数码相机的结构解剖(索尼F828) CCD数码摄像机 CMOS视频摄像头 CMOS视频摄像头的外部结构 CMOS视频摄像头的外形及内部结构 尺寸测量 用于光学文字识别装置 用CCD线阵型摄像机作流水线零件尺寸在线检测。 采用摄像机利用三角法测量物体位置 用三角法测量工件轮廓尺寸测量 采用面阵式CCD摄像机利用投影法测量物体三维表面形貌。 用莫尔条纹法来测量物体的三维形貌。 CCD §11.4 图像传感器的应用 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Profile 5.2.0.0. Copyright 2004-2011 Aspose Pty Ltd. CCD数码显微镜拍摄的金属表面显微照片 §11.4 图像传感器的应用 Evaluation only. Created with Aspose.Slides for .NET 3.5 Client Pr