第七章 光电式传感器 上海交通大学一类课程.ppt

说明：对于各种光电元件： （1）暗电流：无光照时输出电流 → 热噪声 （2）温度特性：温度 → 灵敏度、光谱特性 →降温、恒温、温度补偿 （3）器件材料： 硅 好于 锗 第二节 固态图像传感器 固态图像传感器由光敏元件和电荷转移器件集合而成。它的核心是电荷转移器件CTD。最常用的是电荷耦合器CCD（Charge Coupled Device）。 ＣＣＤ于１９６９年在贝尔试验室研制成功，之后由日商进行第二阶段开发使之成熟并开始量产，其发展历程已经将近３０多年，从初期的１０多万像素已经发展至目前主流应用的５００万像素。 ＣＣＤ又可分为线型（Linear）与面型（Area）两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机（DSC）、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。 CCD应用在数码相机上已经是上个世纪90年代的事情了，1990年世界上第一台数码相机诞生在美国，被安装在卫星上，短短的10多年时间，CCD就已从最初的10多万像素发展至目前家用主流200～400万像素，甚至应用于高档数码相机的500万～上千万以上像素。 平板式扫描仪的内部结构（反射型） 扫描头的光源一般采用冷阴极辉光放电灯管，灯管两端没有灯丝，只有一根电极 反光镜将原稿的信息反射到镜头上，由镜头将扫描信息传送到CCD感光器件，最后由CCD将照射到的光信号转换为电信号。 扫描精度即是指扫描仪的光学分辨率，主要是由镜头的质量和CCD的数量决定。由于受制造工艺的限制，目前普通扫描头的最高分辨率为20000像素 扫描仪对图像画面进行扫描时，线性CCD将扫描图像分割成线状，每条线的宽度大约为10 μm。光源将光线照射到待扫描的图像原稿上，产生反射光(反射稿所产生的)或透射光(透射稿所产生的)，然后经反光镜组反射到线性CCD中。CCD图像传感器根据反射光线强弱的不同转换成不同大小的电荷或电流，经A／D转换处理，将电信号转换成数字信号，即产生一行图像数据。同时，机械传动机构在控制电路的控制下，步进电机旋转带动驱动皮带，从而驱动光学系统和CCD扫描装置在传动导轨上与待扫原稿做相对平行移动，将待扫图像原稿一条线一条线的扫入，最终完成全部原稿图像的扫描。如下图所示。 多数平板式扫描仪使用光电耦合器(CCD)为光电转换元件，它在图像扫描设备中最具代表性。 如图所示为线性CCD。CCD图像传感器是平板式扫描仪的核心，其主要作用就是将照射到其上的光图像转换成电信号。将CCD图像传感器放大，可以发现在10μm的间隔上并行排列着数千个CCD图像单元，这些图像单元规则地排成一线，当光线照射到图像传感器的感光面上时，每个CCD图像单元都接受照射其上的光线，并根据感应到的光线强弱，产生相应的电荷。然后，若干电荷以并行的顺序进行传输。?????????????????????????????????????????????????????????? 扫描仪的简单工作过程就是利用光电元件将检测到的光信号转换成电信号，再将电信号通过模拟／数字转换器转化为数字信号传输到计算机中。无论何种类型的扫描仪，它们的工作过程都是将光信号转变为电信号。所以，光电转换是它们的核心工作原理 。 扫描仪的工作过程 (1) CCD的种类： CCD摄像机 ①按成象器件分类：线阵CCD、面阵CCD ②按颜色分类：黑白摄像机、彩色摄像机 ④按输出信号分类：模拟式、数字式 黑白摄像机：信息量小，时间、空间少 彩色摄像机：信息量大，时间、空间多 线阵CCD：一行，扫描；体积小，价格低； 面阵CCD: 整幅图像；直观；价格高，体积大； ③按扫描方式分类：逐行扫描、隔行扫描 逐行扫描：高速运动，避免边缘模糊 数字摄像机 ---- 电子快门 曝光时间: 1/50s、1/125s、1/250s、1/500s、1/1000s、1/2000s、1/4000s、1/8000s、1/16000s、1/32000s… ⑤按形状分类：长形、短形、方块形、半球形、单板形 在移动终端的应用 ??? 固体图像传感器最有市场前景的应用领域是移动电视电话、笔记本电脑等移动终端的移动图像商品群、电视摄像机、数码相机等。这些个人仪器的市场规模很大。另一方面，随着通信网络传送线路的带宽的不断扩展，这种大容量通信线路有可能从家庭和个人向世界进行动态图像传送。 在安保领域的应用 在IT化进展以后，个人方便进行信息发送和电子商务也成了问题。为了在网络上安全进行电子商务，人们开发了叫做生物计量安全技术的个人认证技术，不仅能把口令而且能把个人一生中普遍具有的脸部特征、声音、虹彩图样等作为认证手段的技术。在这些应用中，为了避免外来光的影响，提高识别