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影像傳感�
閱讀�6435時間�2018-01-05 09:17:29

影像傳感��(shù)碼相�的核�,也是最關鍵的技�。在傳統(tǒng)的相機中,膠片是一種感光材�,經(jīng)過某種特定的化學藥品處理�,它會把拍攝到的影像記錄下來。數(shù)碼相機中,影像傳感器代替了膠片的位置,形成了電子影像�

簡介

  固態(tài)影像傳感�( solid state image sensors)技術起源于20世紀60年代�,它通過將光子轉(zhuǎn)換為電荷并記錄在存儲介質(zhì)中以實現(xiàn)�(shù)字圖像的獲取( SHORTISet al�1996)。當前應用的固態(tài)影像傳感器類型主要有CCD、CMOS、JFETLBCAST、Foveon X3、Live MOS�,其中應用最多的是CCD和CMOS傳感器�

�(jié)�(gòu)

  除了起感光作用的光電管以�,影像傳感器還包括一系列的其他構(gòu)件為了更好地利用光線。在每一像素前都裝有微透鏡,該透鏡起到“捆綁”光束的作用。微透鏡能夠減少邊緣光的損失。不同于傳統(tǒng)膠片,影像傳感器的光電二極管難以對傾斜射入的邊緣光束加以利用,照片四周較暗。微透鏡能使傳感器邊角處的光線也能垂直射入單個的光電��
  單個光電管只能記錄亮度值,也就是說,光電管是“色盲�。為了拍出彩色照片,在光電二極管的前一層加裝了�、綠、藍三原色濾色鏡�
  拜耳濾鏡中,各濾鏡之間的比例關系為�25%、藍25%、綠50%。電腦屏幕上的所有色彩都是由這三種色彩按照不同比例混合而成�。如果三種色彩全部記錄下光量,像素顯示為白色。反之,如果三原色什么都沒記錄下�,像素顯示為黑色。紅、綠、藍三種色彩相互疊加得到的各種色彩,涵蓋了人眼視力所能感知的所有色�。綠色之所以占到一半,是因為人眼對綠色更加敏感�
  傳感器前裝有一系列濾鏡,用于消除不想要的效�?;旧厦颗_�(shù)碼相機都裝有低通濾鏡低通濾鏡加裝在相機的傳感器�,允許低頻光線通過,阻擋高頻光�。低通濾鏡的作用在于減弱摩爾�。磨爾紋是一種因�(shù)碼相機的感光元件受到高頻干擾,而在圖像上出�(xiàn)的彩色的、形狀不規(guī)律的干涉條紋。如果數(shù)碼相機感光元件的空間頻率與被攝對象的空間頻率接近,就會產(chǎn)生摩爾紋。如果鏡頭的分辨率小于感光元件的空間頻率,影像中就不會出�(xiàn)與感光元件空間頻率相近的條紋,也就不會產(chǎn)生摩爾紋。但�,目前的技術水平有�,只能靠加入低通濾鏡來減弱摩爾�。然而,低通濾鏡有一弊端,那就是它會大大降低相機的成像銳�,影響畫�(zhì)�

分類

  1、電荷藕合組件圖像傳感器CCD(ChargeCoupledDevice�。CCD是半導體組件,于1970年由美國貝爾(Bell)實驗室發(fā)�。CCD其實是一組可以進行"光電�(zhuǎn)�"的光電體,當光通過鏡頭聚焦形成影像�,CCD便會將影像的光訊號轉(zhuǎn)換為電訊號(電壓)。光量愈�,釋放出的電子數(shù)量愈�,電訊號亦愈�,像素的顯示則會愈亮。在CCD上組成畫面的最小單位被稱為像素,每個光電體亦即等于一個像�。每塊CCD所含像素的�(shù)目與大小都與影像�(zhì)素有著直接關�。像素愈�,輸出的影像�(zhì)素便愈高�
  2、互補性氧化金屬半導體CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor�,和CCD一樣同為在�(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導�。CMOS的制造技術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導體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電)和P(帶+電)級的半導�,這兩個互補效應所�(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像�

CCD和CMOS比較

  像敏單元以及�(shù)�(jù)處理和傳送方式的不同導致CCD和CMOS傳感器在性能上有所差異,主要體�(xiàn)在以下幾方面�
  1、CCD像敏單元中沒有信號放大裝�,感光二極管可以占據(jù)像敏單元表面較大的面積(開口率)。因�,CCD的光利用效率、動�(tài)范圍以及感光度等性能都優(yōu)于CMOS。同時,由于像敏單元可以做得很小,在相同面積上CCD能夠排列更多的像敏單�,其分辨率也高于CMOS�
  2、CCD中不同像敏單元輸出的電信號進行�(tǒng)一放大,其噪聲低于CMOS。另一方面,由于CMOS中各像敏單元單獨對其信號進行放大,很難保證所有放大器放大倍數(shù)的一致性,故更易導致像素響應的不均勻��
  3、CCD需要外加電壓才能使電荷移動,并且不同的垂直寄存器需要的電壓不一�,要用專用的電源管理電路。因�,CCD的功耗比同尺寸的CMOS��
  4、CCD需要使用專門的制造設�,而且一個單元的損壞會造成整列報廢,因而其成品率低,生�(chǎn)成本和技術門檻較�。CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝,技術相對成�,制造成本較�,更易于普及�
  總體而言,CCD的成像性能�(yōu)于CMOS。因�,在攝影測量領域應盡可能地采用基于CCD傳感器的�(shù)碼相機�

CCD和CMOS比較

  像敏單元以及�(shù)�(jù)處理和傳送方式的不同導致CCD和CMOS傳感器在性能上有所差異,主要體�(xiàn)在以下幾方面�
  1、CCD像敏單元中沒有信號放大裝�,感光二極管可以占據(jù)像敏單元表面較大的面積(開口率)。因此,CCD的光利用效率、動�(tài)范圍以及感光度等性能都優(yōu)于CMOS。同時,由于像敏單元可以做得很小,在相同面積上CCD能夠排列更多的像敏單�,其分辨率也高于CMOS�
  2、CCD中不同像敏單元輸出的電信號進行�(tǒng)一放大,其噪聲低于CMOS。另一方面,由于CMOS中各像敏單元單獨對其信號進行放大,很難保證所有放大器放大倍數(shù)的一致�,故更易導致像素響應的不均勻��
  3、CCD需要外加電壓才能使電荷移動,并且不同的垂直寄存器需要的電壓不一樣,要用專用的電源管理電�。因�,CCD的功耗比同尺寸的CMOS高�
  4、CCD需要使用專門的制造設備,而且一個單元的損壞會造成整列報廢,因而其成品率低,生�(chǎn)成本和技術門檻較高。CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝,技術相對成熟,制造成本較�,更易于普及�
  總體而言,CCD的成像性能�(yōu)于CMOS。因�,在攝影測量領域應盡可能地采用基于CCD傳感器的�(shù)碼相��

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