CMOS图像传感器原理及应用 ppt课件

扫描读取
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随机读取
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动态范围
• 图像传感器的动态范围通常可 定义为：传感器最大的非饱和 信号与暗条件下噪声均方差之 比。
• 一般来说，具有较宽动态范围 的传感器可以探测更宽的场景 照度范围，从而可以得到具有 更多细节的图像。
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CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较
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CMOS图像传感器的组成
• 组成： • CMOS图像传感器的原
理如图所示，通常由像 敏单元阵列、行驱动器、 列时序控制逻辑、A/D 转换器、数据总线输出 接口、控制接口等几部 分组成，这几部分通常 都被集成在同一块硅片 上。
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CMOS图像传感器的像素阵列
• CMOS图像传感器的像素阵列由大量相同的像素单元组成， 这些相同的像素单元是传感器的关键部分。
1.发生光电效应。 2.行选择逻辑单元选通相应的行 像素单元。 3.信号通过各自所在列的信号总 线传输到对应的模拟信号处理单 元以及A/D转换器。
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CMOS图像传感器的关键参数
衡量CMOS图像传感器性能的参数有很多,下面对这些 参数做简单的介绍: • 感光度 • 分辨率 • 暗电流 • 噪声特性 • 动态范围 • 快门方式
• 感光组件的区别： • 放大器位置和数量:比较CCD图
像传感器和CMOS图像传感器 的结构，放大器的位置和数量 是最大的不同之处 。
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• 性能差异： • 由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现的不同点。 • CCD图像传感器的特色在于充分保持信号在传输时不失真（专属通道设计），透
CMOS图像传感器的原理与 应用
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主要内容：
• CMOS图像传感器的组成
• CMOS图像传感器的像素阵列
• CMOS图像传感器的基本工作流程
• CMOS图像传感器的关键参数
• CMOS图像传感器与CCD图像传感器的比较
• CMOS图像传感器件的应用
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精品资料
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ISO感光度
• ISO值是用来表示传统相机所 使用底片的感光度。当ISO数值 愈大时，感光度就愈大。
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分辨率
• 先来说一下像素： 像素，即是影像最基本的单位。也就是说将影像放大到不能 • 再将它分割的影像单位。 而分辨率，是在一个特定的区域内共有多少个像素单位， • 该词最早是用来说明工程中单位长度所撷取到『点』的数目，对应在单位上就成了 • dpi (dot per inch)。常见单位有： • EPI:每一平方英寸共有多少单位数(element per inch)。 • DPI:每一平方英寸共有多少点数(dot per inch)。 • PPI:每一平方英寸共有多少像素数(pixel per inch)。 • LPI:每一平方英寸共有多少条线(line per inch)。 • 胶片式照相机一般使用35毫米的胶卷。解像度在数百万到一千万点。但是，胶 • 片经镜头所拍下的成像。有时还比不上100万像素档次的数码相机。100万像素档次 • 的数码相机，拍摄1024x768点阵的画像，经高解像度的打印机打印，解像度为每毫 • 米3到4点（解像度可用点数来表示）。另一方面，胶片经镜头所拍下的成像每毫米 • 3-14点。受我们用肉眼所能鉴别的限制，这种程度的解像度没有太大的区别。
2020/12/2714来自暗电流• 所谓暗电流，就是在没有入射光时光电二极管所释放的电流量， 一个被隔离的反向偏置的光电二极管即使在没有任何光照的条件 下，也会产生放电现象。
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快门模式
• 快门对于CMOS图像传感器而 言是很重要的，通过电子快门 的方式可以控制CMOS图像传 感器的积分时间。对于CMOS 图像传感器而言，通常有两种 快门的机制：卷帘式快门 （Rolling Shutter）和全局式 快门（Global Shutter）。
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• 有源像素传感器
这种有源像素传感器的像素单元通常称为3-T(3-Trnasistor) 结构，在像素单元中，除一个光二极管外，还包括一个重 置(Reset)MOS管、一个源极跟随器(Source Follower) MOS管和一个行选MOS管。
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CMOS图像传感器的基本工作流程
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卷帘式快门
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全局式快门优点在于拍摄运 动物体不会失真。 卷帘式快门的优点在于没有 采样保持单元，结构简单噪 音低。
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全局式快门
卷帘式快门
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• 读取方式： • 根据快门方式有所不同，
CMOS图像传感器的像素信号 读取有两种方式，即扫描读取 方式和随机读取方式，如图所 示。
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
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噪声特性
• 由于数码相机本身采用大量的 电子器材，所拍摄的影像质量 很容易受到电子原件的电磁溢 波干扰，CMOS图像传感器上 残存的能量以及运作环境温度 升高（机体运作时间过久）所 产生的自然噪声。这些噪声会 被纪录在你所拍摄的影像画面 中，你可以透过单一色调的拍 摄（黑色）做为观察Noise的指 标。
过每一个像素集合至单一放大器上再做统一处理，可以保持数据的完整性。
• CMOS图像传感器的制程比较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再 整合各个像素的数据。
• 随着CMOS图像传感器的发展，可以细分为很多类，这里 我们依照像素不同类型来分，就可分为两大类：一类是无 源像素传感器（CMOS-PPS），另一类是有源像素传感器 （CMOS-APS）。
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• 无源像素传感器
在无源像素传感器的像素单元中包括一个光二 极管(PhotoDiode)和一个MOS管，MOS管作为 行选(RowSeleet)开关.