国产在线中文字幕亚洲,一区视频国产精品观看,欧美日韩国产高清片,久久久久久AV无码免费网站,亚洲无码一二三四五区,日韩无码www.,sese444

您好,歡迎來到維庫電子市場網(wǎng) 登錄 | 免費注冊

CMOS傳感�
閱讀�29823時間�2010-10-13 10:07:42

  CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),中文學(xué)名為互補金屬氧化物半�(dǎo)�,它本是計算機系�(tǒng)�(nèi)一種重要的芯片,保存了系統(tǒng)引導(dǎo)最基本的資�。CMOS的制造技�(shù)和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半�(dǎo)�,使其在CMOS上共存著帶N(帶-電) � P(帶+電)級的半導(dǎo)體,這兩個互補效�(yīng)所�(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影�。后來發(fā)�(xiàn)CMOS�(jīng)過加工也可以作為�(shù)碼攝影中�圖像傳感�,CMOS傳感�也可細分為被動式像素傳感�(Passive Pixel Sensor CMOS)與主動式像素傳感�(Active Pixel Sensor CMOS)�

于CCD傳感器區(qū)�

  由兩種感光器件的工作原理可以看出,CCD(電荷藕合器件圖像傳感器:Charge Coupled Device�,它的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好,但是由于制造工藝復(fù)�,只有少�(shù)的廠商能夠掌握,所以導(dǎo)致制造成本居高不�,特別是大型CCD,價格非常高�� 在相同分辨率�,CMOS(互補性氧化金屬半�(dǎo)體:Complementary Metal-Oxide Semiconductor)價格比CCD便宜,但是CMOS器件�(chǎn)生的圖像�(zhì)量相比CCD來說要低一�。到目前為止,市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用CCD作為感應(yīng)�;CMOS感應(yīng)器則作為低端�(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭�,若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝像頭使用CCD感應(yīng)�,廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣�,甚至冠以“數(shù)碼相機”之�。一時間,是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的�(biāo)準之一�

  CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電,不像由二極管組成的CCD,CMOS 電路幾乎沒有靜態(tài)電量消�,只有在電路接通時才有電量的消�。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD�1/3左右,這有助于改善人們心目中�(shù)碼相機是"電老虎"的不良印�。CMOS主要問題是在處理快速變化的影像時,由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不�,如果抑制得不好就十分容易出�(xiàn)雜點�

  此外,CMOS與CCD的圖像數(shù)�(jù)掃描方法有很大的差別。例如,如果分辨率為300萬像�,那么CCD傳感器可連續(xù)掃描300萬個電荷,掃描的方法非常簡�,就好像把水桶從一個人傳給另一個人,并且只有在一個數(shù)�(jù)掃描完成之后才能將信號放�。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷�(zhuǎn)化為電子信號的放大器。因�,CMOS傳感器可以在每個像素基�(chǔ)上進行信號放大,采用這種方法可節(jié)省任何無效的傳輸操作,所以只需少量能量消耗就可以進行快速數(shù)�(jù)掃描,同時噪音也有所降低。這就是佳能的像素�(nèi)電荷完全�(zhuǎn)送技�(shù)�

  感光器件的概念及工作原理

  CCD使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制�,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過模數(shù)�(zhuǎn)換器芯片�(zhuǎn)換成�(shù)字信�,數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機�(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數(shù)�(jù)傳輸給計算機,并借助于計算機的處理手�,根�(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組�,通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射�,每個感光單位會將電荷反映在組件�,所有的感光單位所�(chǎn)生的信號加在一�,就�(gòu)成了一幅完整的畫面�

  CCD

  CCD和傳�(tǒng)底片相比,CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過,人眼的視網(wǎng)膜是由負�(zé)光強度感�(yīng)的桿細胞和色彩感�(yīng)的錐細胞,分工合作組成視覺感�(yīng)� CCD�(jīng)過長�35年的�(fā)�,大致的形狀和運作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為:SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本廠商�

  目前主要有兩種類型的CCD光敏元件,分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜�(tài)照相�,它每次只拍攝圖象的一條線,這與平板掃描儀掃描照片的方法相�。這種CCD精度�,速度慢,無法用來拍攝移動的物�,也無法使用閃光��

  矩陣式CCD,它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像�,當(dāng)快門打開�,整個圖象一次同時曝�。通常矩陣式CCD用來處理色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣�,相近的像素使用不同顏色的濾�。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過程中,相機內(nèi)部的微處理器從每個像素獲得信�,將相鄰的四個點合成為一個像素點。該方法允許瞬間曝光,微處理器能運算地非常快。這就是大多數(shù)�(shù)碼相機CCD的成像原�。因為不是同點合�,其中包含著�(shù)�(xué)計算,因此這種CCD的缺陷是所�(chǎn)生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳��

  CMOS

  CMOS和CCD一樣同為在�(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技�(shù)和一般計算機芯片沒什么差�,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半�(dǎo)�,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電� � P(帶+電)級的半導(dǎo)�,這兩個互補效�(yīng)所�(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影�。然�,CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點, 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影像�,由于電流變化過于頻繁而會�(chǎn)生過熱的�(xiàn)象�

  除了CCD和CMOS之外,還有富士公司推出的SUPER CCD,SUPER CCD并沒有采用常�(guī)正方形二極管,而是使用了一種八邊形的二極管,像素是以蜂窩狀形式排列,并且單位像素的面積要比傳統(tǒng)的CCD�。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的�(jié)果是可以縮小對圖像拍攝無用的多余空間,光線集中的效率比較�,效率增加之后使感光�、信噪比和動�(tài)范圍都有所提高�

  傳統(tǒng)CCD中的每個像素由一個二極管、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。SUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管,原有的控制信號路徑被取消了,只需要一個方向的電量傳輸路徑即可,感光二極管就有更多的空�。SUPER CCD在排列結(jié)�(gòu)上比普通CCD要緊密,此外像素的利用率較高,也就是說在同一尺寸�,SUPER CCD的感光二極管對光線的吸收程度也比較高,使感光�、信噪比和動�(tài)范圍都有所提高�

  那為什么SUPER CCD的輸出像素會比有效像素高�?我們知道CCD對綠色不很敏�,因此是以G-B-R-G來合�。各個合成的像素點實際上有一部分真實像素點是共用,因此圖象質(zhì)量與理想狀�(tài)有一定差�,這就是為什么一些高端級�(shù)碼相機使�3CCD分別感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通過改變像素之間的排列關(guān)系,做到了R、G、B像素相當(dāng),在合成像素時也是以三個為一組。因此傳�(tǒng)CCD是四個合成一個像素點,其實只要三個就行了,浪費了一�,而SUPER CCD就發(fā)�(xiàn)了這一點,只用三個就能合成一個像素點。也就是�,CCD�4個點合成一個像�,每個點計算4�;SUPER CCD�3個點合成一個像�,每個點也是計算4�,因此SUPER CCD像素的利用率較傳�(tǒng)CCD高,生成的像素就多了

  CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真(專屬通道�(shè)計),透過每一個像素集合至單一放大器上再做�(tǒng)一處理,可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡單,沒有專屬通道的設(shè)計,因此必須先行放大再整合各個像素的資料�

  1.ISO 感光度差異: 相同像素�,同樣大小之感光器尺�,CMOS的感光度會低于CCD�

  2.解析度差異:CCD感光器的解析度通常會優(yōu)于CMOS�

  3.噪點差異:CMOS的早點會比ccd多一�

  4.耗電量差異:ccd的耗電量要更小一�

  盡管 CCD 在影像品�(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS,但不可否認的CMOS具有低成�、低耗電以及高整合度的特�� 由于�(shù)碼影像的需求熱�,CMOS的低成本和穩(wěn)定供�,成為廠商的,也因此其制造技�(shù)不斷地改良更�,使� CCD � CMOS 兩者的差異逐漸縮小 �

CMOS圖像傳感器基本工作原�

  下圖為CMOS圖像傳感器的功能框圖�

CMOS圖像傳感器的功能框圖

  首先,外界光照射像素陣列,發(fā)生光電效�(yīng),在像素單元�(nèi)�(chǎn)生相�(yīng)的電�。行選擇邏輯單元根據(jù)需�,選通相�(yīng)的行像素單元。行像素單元�(nèi)的圖像信號通過各自所在列的信號總線傳�?shù)綄?yīng)的模擬信號處理單元以及A/D�(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換成�(shù)字圖像信號輸�。其中的行選擇邏輯單元可以對像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實現(xiàn)圖像的窗口提取功�。模擬信號處理單元的主要功能是對信號進行放大處理,并且提高信噪比。另�,為了獲得質(zhì)量合格的實用攝像頭,芯片中必須包含各種控制電�,如曝光時間控制、自動增益控制等。為了使芯片中各部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動�,必須使用多個時序控制信�。為了便于攝像頭的應(yīng)�,還要求該芯片能輸出一些時序信�,如同步信號、行起始信號、場起始信號等�

  象素陣列工作原理

  圖像傳感器一個直觀的性能指標(biāo)就是對圖像的�(fù)�(xiàn)的能�。而象素陣列就是直接關(guān)系到這一指標(biāo)的關(guān)鍵的功能模塊。按照像素陣列單元結(jié)�(gòu)的不�,可以將像素單元分為無源像素單元PPS(passive pixel schematic),有源像素單元APS(active pixel schematic)和對�(shù)式像素單元,有源像素單元APS又可分為光敏二極管型APS、光柵型APS�

  以上各種象素陣列單元各有特點,但是他們有著基本相同的工作原理。以下先介紹它們基本的工作原理,再介紹各種象素單元的特�。下圖是單個象素的示意圖�

單個象素的示意圖

  首先進入“復(fù)位狀�(tài)�,此時打開門管M。電容被充電至V,二極管處于反向狀�(tài);

  然后進人“取樣狀�(tài)�。這時�(guān)閉門管M,在光照下二極管產(chǎn)生光電流,使電容上存貯的電荷放電,經(jīng)過一個固定時間間隔后,電容C上存留的電荷量就與光照成正比�,這時就將一幅圖像攝入到了敏感元件陣列之中了;

  進入“讀出狀�(tài)�。這時再打開門管M,逐個讀取各像素中電容C上存貯的電荷電壓�

  無源像素單元PPS出現(xiàn)得最�,自出現(xiàn)以來�(jié)�(gòu)沒有多大變化。無源像素單元PPS�(jié)�(gòu)簡單,像素填充率�,量子效率比較高,但它有兩個顯著的缺點。一�,它的讀出噪聲比較大,其典型值為20個電�,而商�(yè)用的CCD級技�(shù)芯片其讀出噪聲典型值為20個電�。二,隨著像素個數(shù)的增加,讀出速率加快,于是讀出噪聲變��

  光敏二極管型APS量子效率比較高,由于采用了新的消噪技�(shù),輸出圖形信號質(zhì)量比以前有許多提�,讀出噪聲一般為75�100個電�,此種�(jié)�(gòu)的C3&適合于中低檔的應(yīng)用場��

  在光柵型APS�(jié)�(gòu)�,固定圖形噪聲得到了抑制。其讀出噪聲為10�20個電子。但它的工藝比較�(fù)�,嚴格說并不能算完全的CMOS工藝。由于多晶硅覆蓋層的引入,使其量子效率比較低,尤其對藍光更是如此。就目前看來,其整體性能�(yōu)勢并不十分突��

影響性能的主要問�

  1.噪聲

  這是影響CMOS傳感器性能的首要問題。這種噪聲包括固定圖形噪聲FPN(Fixed pattern noise)、暗電流噪聲、熱噪聲等。固定圖形噪聲產(chǎn)生的原因是一束同樣的光照射到兩個不同的象素上產(chǎn)生的輸出信號不完全相�。噪聲正是這樣被引入的。對付固定圖形噪聲可以應(yīng)用雙采樣或相�(guān)雙采樣技�(shù)。具體地說來有點像在�(shè)計模擬放大器時引入差分對來抑制共模噪聲。雙采樣是先讀出光照產(chǎn)生的電荷積分信號,暫存然后對象素單元進行�(fù)位,再讀取此象素單元地輸出信�。兩者相減得出圖像信號。兩種采樣均能有效抑制固定圖形噪�。另�,相�(guān)雙采樣需要臨時存儲單元,隨著象素地增�,存儲單元也要增��

  2. 暗電�

  物理器件不可能是理想�,如同亞閾值效�(yīng)一樣,由于雜質(zhì)、受熱等其他原因的影�,即使沒有光照射到象�,象素單元也會產(chǎn)生電�,這些電荷�(chǎn)生了暗電�。暗電流與光照產(chǎn)生的電荷很難進行區(qū)分。暗電流在像素陣列各處也不完全相�,它會導(dǎo)致固定圖形噪�。對于含有積分功能的像素單元來說,暗電流所造成的固定圖形噪聲與積分時間成正�。暗電流的產(chǎn)生也是一個隨機過程,它是散彈噪聲的一個來�。因�,熱噪聲元件所�(chǎn)生的暗電流大小等于像素單元中的暗電流電子�(shù)的平方根。當(dāng)長時間的積分單元被采用時,這種類型的噪聲就變成了影響圖像信號質(zhì)量的主要因素,對于昏暗物�,長時間的積分是必要的,并且像素單元電容容量是有限的,于是暗電流電子的積累限制了積分的最長時間�

  為減少暗電流對圖像信號的影響,首先可以采取降溫手�。但�,僅對芯片降溫是遠遠不夠�,由暗電流產(chǎn)生的固定圖形噪聲不能完全通過雙采樣克服。現(xiàn)在采用的有效的方法是從已獲得的圖像信號中減去參考暗電流信號�

  3. 象素的飽和與溢出模糊

  類似于放大器由于線性區(qū)的范圍有限而存在一個輸入上�,對于CMOS圖像傳感芯片來說,它也有一個輸入的上限。輸入光信號若超過此上限,像素單元將飽和而不能進行光電�(zhuǎn)�。對于含有積分功能的像素單元來說,此上限由光電子積分單元的容量大小決定:對于不含積分功能的像素單�,該上限由流過光電二極管或三極管的電流決定。在輸入光信號飽和時,溢出模糊就�(fā)生了。溢出模糊是由于像素單元的光電子飽和進而流出到鄰近的像素單元上。溢出模糊反映到圖像上就是一片特別亮的區(qū)�。這有些類似于照片上的曝光過度。溢出模糊可通過在像素單元內(nèi)加入自動泄放管來克服,泄放管可以有效地將過剩電荷排出。但�,這只是限制了溢出,卻不能使象素能真實還原出圖像了�

CMOS圖像傳感器件的應(yīng)�

  1. �(shù)碼相�

  人們使用膠卷照相機已經(jīng)上百年了�20世紀80年代以來,人們利用高新技�(shù),發(fā)展了不用膠卷的CCD�(shù)碼相機。使傳統(tǒng)的膠卷照相機�(chǎn)生了根本的變�。電可寫可控的廉價FLASH ROM的出�(xiàn),以及低功�、低價位的CMOS攝像頭的問世。為�(shù)碼相機打開了新的局面,�(shù)碼相機功能框圖如右下圖所��

數(shù)碼相機功能框圖

  從圖中可以看出,�(shù)碼相機的�(nèi)部裝置已�(jīng)和傳�(tǒng)照相機完全不同了,彩色CMOS攝像頭在電子快門的控制下,攝取一幅照片存于DRAM�,然后再�(zhuǎn)至FLASH ROM中存放起來。根�(jù)FLASH ROM的容量和圖像�(shù)�(jù)的壓縮水�,可以決定能存照片的張數(shù)。如果將ROM換成PCMCIA�,就可以通過換卡,擴大數(shù)碼相機的容量,這就像更換膠卷一樣,將數(shù)碼相機的�(shù)字圖像信息轉(zhuǎn)存至PC機的硬盤中存�,這就大大方便了照片的存貯、檢�、處�、編輯和傳送�

  2. CMOS�(shù)字攝像機

  美國Omni Vison公司推出的由OV7610型CMOS彩色�(shù)字圖像芯片和OV511型攝像機以及USB接口芯片所組成的USB攝像�,其分辨率高�640 x 480,適用于通過通用串行總線傳輸?shù)囊曨l系統(tǒng)。OV511型攝像機的推出,可使得PC機能以更加實時的方法獲取大量視頻信息,其壓縮芯片的壓縮比可以達到7:1,從而保證了圖像傳感器到PC機的快速圖像傳�。對于CIF圖像格式,OV511型可支持高達30幀/秒的傳輸速率、減少了低帶寬應(yīng)用中通常會出�(xiàn)的圖像跳動現(xiàn)�。OV511型作為高性能的USB接口的控制器,它具有足夠的靈活性,適合包括視頻會議、視頻電子郵件、計算機多媒體和保安�(jiān)控等場合�(yīng)��

  3. 其他�(lǐng)域應(yīng)�

  CMOS圖像傳感器是一種多功能傳感器,由于它兼具CCD圖像傳感器的性能,因此可進入CCD的應(yīng)用領(lǐng)域,但它又有自己獨特的優(yōu)�,所以開拓了許多新的�(yīng)用領(lǐng)域。除了上述介紹的主要�(yīng)用之�,CMOS圖像傳感器還可應(yīng)用于�(shù)字靜�(tài)攝像機和�(yī)用小型攝像機

CMOS圖像傳感器的市場狀�

  �(jù)市場�(diào)研公司Cahners In-stat Group�(yù)測,未來幾年�(nèi),基于CMOS圖像傳感器的影像�(chǎn)品將達到50[%]以上,也就是�,到時CMOS 圖像傳感器將取代CCD而成為市場的主流??梢?,CMOS攝像機的市場前景非常廣闊 �

  今后幾年,全球CMOS圖像傳感器銷售量將迅速增�,并將在許多�(shù)字圖像應(yīng)用領(lǐng)域向傳統(tǒng)的CCD�(fā)起沖擊。這是因為CMOS圖像傳感器件具有兩大�(yōu)點:一是價格比CCD 器件�15[%]~25[%];二是其芯片的�(jié)�(gòu)可方便地與其它硅基元器件集成,從而可有效地降低整個系�(tǒng)的成本。盡管過去CMOS圖像傳感器的圖像�(zhì)量比CCD差且分辨率低,然而經(jīng)過迅速改進,已不斷逼近CCD的技�(shù)水平,目前這種傳感器件已廣泛應(yīng)用于對分辨率要求較低的數(shù)字相�、電子玩具、電視會議和保安系統(tǒng)的攝像結(jié)�(gòu)��

  日本Nintendo有限公司推出的采用CMOS圖像傳感器的低分辨率�(shù)字相�,上市頭兩個月,銷售量就達100萬臺。三菱公�、摩托羅�、惠普、東芝和Intel公司也緊接著上市該類�(chǎn)品�

維庫電子�,電子知�,一查百通!

已收錄詞�168196