接触式图像传感器的信号读取与补偿技术
浅析CMOS图像传感器晶圆级封装技术
浅析CMOS图像传感器晶圆级封装技术展开全文摘要：CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器(CMOS Image Sensor, CIS)正向着高速、大像素和低成本的方向发展，晶圆级封装技术由于其小型化、低成本的优点近年来受到广泛关注。
根据结构和应用领域的不同，详细介绍了基于硅通孔(Through Silicon Via, TSV)技术的多种CMOS图像传感器晶圆级封装技术，并介绍和分析不同技术的应用场景和存在的挑战。
关键词：CMOS图像传感器；晶圆级封装；硅通孔技术1引言自2000年夏普推出第一款可拍照的手机，经过二十多年的发展，手机已成为人们日常生活中必不可少的工具，其中摄像头是智能手机的核心功能，各大手机厂商均把拍摄性能作为产品的关键竞争指标。
手机摄像头的演变也日新月异，最初的手机是单个摄像头，但是由于智能手机摄像头尺寸较小，单个CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor, CIS）感光性能有限，为了达到更好的拍照效果，将原先集成在一个摄像头上的多种功能分解成多个单一功能摄像头，如广角、长焦、微距等，促使了后置双摄、前置双摄，再到3D感应模组、后置三摄、四摄、五摄等多摄视觉解决方案的出现。
多摄像头的出现在提升图像质量的同时，促进了图像传感器市场规模稳步提升[1]。
2019年，全球智能手机图像传感器出货量超过47亿颗，同比增长15%。
2020年华为推出的P40 Pro+型号手机，摄像头高达7个，这表明未来智能手机摄像头市场仍然会保持稳步增长。
与此同时，随着无人驾驶的兴起，CIS在汽车摄像头市场也得到了迅猛的发展。
先进辅助驾驶系统(Advanced Driving Assistance System, ADAS)的普及导致每辆汽车至少有8个摄像头，包含后视摄像、全方位视图系统、摄像机监控系统等[2-6]。
据Yole统计，2016—2018年全球车载CIS市场规模分别是5.4亿美元、6.6亿美元、8.7亿美元，预计2023年达到32亿美元，年复合增长率高达29.7%，汽车市场将会成为仅次于手机的第二大CIS应用领域。
毕业论文《光电传感器技术的新发展及应用》
摘要摘要在科学技术高速发展的现代社会中,人类已经入瞬息万变的信息时代,人们在日常生活,生产过程中,主要依靠检测技术对信息经获取、筛选和传输,来实现制动控制,自动调节,目前我国已将检测技术列入优先发展的科学技术之一。
由于微电子技术,光电半导体技术,光导纤维技术以及光栅技术的发展,使得光电传感器的应用与日俱增。
这种传感器具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度、可测参数多、反应快以及结构简单,形式灵活多样等优点,在自动检测技术中得到了广泛应用,它一种是以光电效应为理论基础,由光电材料构成的器件。
它可用于检测直接引起光量变化的非电量,如光强、光照度、辐射测温、气体成分分析等;也可用来检测能转换成光量变化的其他非电量,如零件直径、表面粗糙度、应变、位移、振动、速度、加速度,以及物体的形状、工作状态的识别等。
光电式传感器具有非接触、响应快、性能可靠等特点,因此在工业自动化装置和机器人中获得广泛应用。
关键字:光电元件传感器分类传感器应用摘要ABSTRACTThe photoelectric transducer adopts the photoelectric component as the transducer measuring the component. It changes the change measured into a change of the optical signal at first, then further change the optical signal into an electric signal through the photoelectric component. The photoelectric transducer is generally made up of light source, optical thorough fare and photoelectric component three parts. The photoelectric detection method has precision high, reacts fast, advantage of exposed to ing etc.s, and can examine the parameter more,the transducer is of simple structure, the form is flexible, so, it is very extensive that the photoelectricity type transducer is employed in measuring and controlling. The photoelectric transducer realizes the key component that the photoelectricity changes in various photoelectric detection systems, it change into electric device of signal optical signal (infrared can seeing and purple other ray radiation). The photoelectricity type transducer is regarded photoelectric device as and changed the transducer of the component. It was not electric consumption that it caused the light quantity to change directly that it can be used for measuring, only strong, illuminance, radiation examine warmly, the gas composition is analyzed etc.; Other ones that can also be used and measured and can change into a light quantity and change are not the electric consumption such as part diameter, surface roughness, meets an emergency, the displacement, vibration, pace, acceleration, and the form of object, discernment of working state,etc.. The photoelectricity type transducer is not exposed to, respond the fast, reliable characteristic of performance, so won extensive application in the industrial automation device and machine philtrum. In recent years, new Devices photoelectric constantly emerge, especially CCD picture the births of transducer, transducers photoelectric the further to last chapter innovated to turn on.Keywords:Photoelectric component Transducer classification Application of transducer目录第一章绪论 (1)1.1 传感器发展史 (1)1.2光电传感概述 (2)第二章光电传感器基本原理 (3)2.1 光电效应 (3)2.2 光电元件及特性 (3)2.3 光电传感器 (6)第三章 CCD传感器 (11)3.1 光固态图象传感器 (11)3.1.1 CCD的结构和基本原理 (11)3.1.2 线型CCD图像传感器 (12)3.1.3 面型CCD图像传感器 (13)3.2 C CD图像传感器应用 (15)3.2.1 工件尺寸检测 (15)3.2.2 CCD传感器在公共交通上的应用 (16) 第四章光纤传感器 (17)4.1 光纤传感器的原理和组成 (17)4.2 光纤传感器的类型及特点 (17)4.3 光纤传感器的应用领域 (18)4.4 光纤传感器(FOS)应用原理 (20) 4.5 光纤传感器的实际应用 (21) 4.5.1 光纤液位传感器 (22)4.5.2 电力工业中的应用 (22)第五章其它光电传感器 (25)5.1 高速光电二极管 (25)5.1.1 PIN结光电二极管 (25)5.1.2 雪崩光电二极管(APD) (26) 5.2 色敏光电传感器 (26)5.3 光位置传感器 (27)第六章总结与展望 (29)6.1 总结 (29)6.2 展望 (30)致谢 (31)参考文献 (33)第一章绪论 1第一章绪论1.1 传感器发展史传感技术的发展经历了三个阶段,即结构型传感器、物性型传感器和智能型传感器,其测量技术、方法和特点的发展历程见表1。
纸币接触式传感器图像模糊增强与边界检测
１ ． １ 图像 模糊 特征 平面
按照模糊子集的概念 ， 一幅灰度级为 的Ｍ× Ｎ 二维 图 像 ，可 看 作 一 个 模 糊 点 集 阵 来 看 待 ，
记 为 ，
科
学
技
术
与
工
程
１ ３卷
ｐｌ １
１ １
Ｐ１ ２
１ ２
ｐ１ Ⅳ
以看到该隶属 函数将灰 度等级映射 到［ ０ ， １ ］ 之间 ，
端都 以纸 币 图像识 别 技 术 为 核 心 ， 通 过 图像识 别 纸 币面 值 、 序列 号 、 污染 、 新 旧、 缺损 等 状 况 。Ｃ Ｉ Ｓ （ ｃ ｏ ｎ ． ｔ ａ ｃ ｔ ｉ ｍ ａ ｇ ｅ ｓ ｅ ｎ ｓ ｏ ｒ ） ， 即接 触式 图像 传感 器 具有 无需 光
摘
要
根据纸币 Ｃ Ｉ Ｓ图像特 点， 先采用模糊集理论对纸 币进行 初次增 强， 提高 目标 区域 对比度 ， 然后扫描纸 币边缘像 素， 采
用最小 二乘法拟合得到纸币亚像素边缘 ， 拟合过程 中， 采 用误 差阈值 法剔 除噪声 点， 根据 边缘 角度 对纸 币进行倾 斜校 正并提 取纸 币区域 ， 最后对提取后 图像再 一次进 行模 糊增 强。实验表 明， 该方法通用 性好 ， 能有效地提 高 图像特征 区域 的对 比度 ， 在
一 １
ＰＭ １
ＰＭ ２
ＰＭ Ｎ
ＸＭ １ Ｘ
第 ｌ ３卷
第３ ４期
２ ０ １ ３年 １ ２月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ １ ． １ ３ Ｎ ０ ． ３ ４ Ｄｅ ｃ ．２ ０１ ３
ｌ ６ ７ １ ～１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ ４ — １ ０ ３ ８ １ — ０ ６
传感器与检测技术基础知识-下载[1]重点
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（1）直接测量与间接测量 Ⅰ.直接测量 用事先分度或标定好的测量仪表， 直接读取被测量测量结果的方法称为直接测量。直接 测量是工程技术中大量采用的方法，其优点是直观、 简便、迅速，但不易达到很高的测量精度。 Ⅱ.间接测量 首先，对和被测量有确定函数关系 的几个量进行测量，然后，再将测量值代入函数关系 式，经过计算得到所需结果。这种测量方法，属于间 接测量。测量结果y和直接测量值xi(i＝1，2，3…)之 间的关系式为: y＝f(x1x2x3…) 。间接测量手续多， 花费时间长，当被测量不便于直接测量或没有相应直 接测量的仪表时才采用。
量程点, 可以得到端基线性度。
4. 迟滞
迟滞特性表明检测系统在正向和反向行程期间，
输入—输出特性曲线不一致的程度。也就是说，对
同样大小的输入量，检测系统在正、反行程中，往
往对应两个大小不同的输出量，如右下图所示。通
过实验，找出输出量的
y
这种最大差值，并以满量程 ymax
输出YFS的百分数表示，
1
ΔH max
1.2.3 检测技术的发展趋势 检测技术的发展趋势主要有以下两个方面: 第一，新原理、新材料和新工艺将产生更多品质优
良的新型传感器。例如光纤传感器、液晶传感器、以高分 子有机材料为敏感元件的压敏传感器、微生物传感器等。
第二，检测系统或检测装置目前正迅速地由模拟式、 数字式向智能化方向发展。带有微处理机的各种智能化仪 表已经出现，这类仪表选用微处理机做控制单元，利用计 算机可编程的特点，使仪表内的各个环节自动地协调工作， 并且具有数据处理和故障诊断功能，成为一代崭新仪表， 把检测技术自动化推进到一个新水平。
指示仪
被测量 传感器
测量 电路
记录仪
电源
扫描仪的工作原理..
•
1.滤光片色分离技术
各种形状的滤光片 各色滤光片
其基本原理是：在线性CCD图像传感器的前面加装一滤光片，滤光片从上向下分 为3等份，第1部分为红色滤光片，第2部分为绿色滤光片，第3部分为蓝色滤光片， 扫描时通过滤光片的移动使得CCD传感器分别记录相应基色下的图像信息，从而 得到三基色的3幅图像信息。
2.光源交替色分离技术
与滤光片色分离技术的原理类似，这种技术是在镜头与扫描原稿之间加设 3根发光灯管，其颜色分别为红(R)、绿(G)和蓝(B)，扫描图像时，3根不同颜 色的灯管交替发光，从而使CCD得到3幅三基色图像信息。
扫描仪发光灯管
3.三CCD色分离技术
与前两种色分离技术不同，三CCD色分离技术中使用了3个CCD完 成扫描成像：光线通过镜头，经过一个特殊设计的分光棱镜将相应颜 色的光线反射到相应的CCD图像传感器中，每一个CCD产生一种颜色的 图像数据，经过一次扫描即可得到彩色的图像。因此，可以看出这种 分色技术成像速度最快，但其造价最高。
扫描仪 工作原理
扫描仪简介
• 扫描仪是图像信号输入设备。它对原稿进行光学扫描，然后将光 学图像传送到光电转换器中变为模拟电信号，又将模拟电信号变 换成为数字电信号，最后通过计算机接口送至计算机中。 • 扫描仪从20世纪80年代诞生至今，其种类已经发展为手持式、平 板(平台)式、滚筒(馈纸)式三大类。目前，平板式扫描仪已成为 市场主流。 • 扫描仪是一种被广泛应用于计算机的输入设备。作为光电、机械 一体化的高科技产品，自问世以来以其独特的数字化“图像”采 集能力，低廉的价格以及优良的性能，得到了迅速的发展和广泛 的普及。 • 经过多年发展，目前平板式扫描仪的技术已经相当成熟。平板式 扫描仪的扫描幅面主要为A4和A3，分辨率通常为300～2400 dpi （每英寸内可扫描到的点数），色彩位数可达36位。扫描时将图 稿放在扫描仪玻璃板上，由软件控制整个扫描过程，扫描精度很 高。目前，平板式扫描仪在办公自动化、平面设计、广告制作等 许多领域都得到了广泛的应用。
ccd传感器
图形传感器ccd图像传感器CCD本身具有高分辨率、高灵敏度、像素位置信息强、结构紧凑及其有的特性密切相关。
因此各种CCD器件广泛应用于军事、工业、商业医学、科研等领域。
电荷耦合摄像器件是用于摄像或像敏的器件。
简称为ICCD。
它的功能是把二维光学图像信号转变为一维时序的视频信号输出。
它有两大类型：线阵和面阵。
二者都需要用光学成像系统将景物图像成在CCD的像敏面上。
像敏面将照在每一像敏单元上的图像照度信号转变为少数载流子数密度信号存储于像敏单元(MOS电容)中。
然后，再转移到CCD的位移寄存器(转移电极下的势阱)中，在驱动脉冲的作用下顺序地移出器件，成为视频信号。
线型CCD可直接接收一维光信息，而不能直接将二维图像转变为视频信号输出。
为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法来实现。
当在MOS电容器的栅极上加上一个小的正电压时，半导体中的自由空穴被排斥到远离栅极的一边，在SiO2的表面下形成一层电子的耗尽区，当栅压继续增加，耗尽层将进一步向半导体内延伸，这一耗尽层对于带负电荷的电子而言是一个势能特别低的区域，因此也叫做势阱[1]。
正栅压进一步增加，在界面上的电子层形成反型层。
当光入射到耗尽区时，因内光电效应将产生电子-空穴对（硅吸能量释放价电子，形成电子-空穴对），在耗尽区电场作用下，空穴流入衬底部，电子则积存于半导体表面，这样势阱中就积存了一定量的电荷，且势阱中积存的电荷量入射光强度成正比CCD信号电荷的传输是通过控制各个像素上的电极电压，电荷就会从电压低的电极转移到电压高的电极下，使信号电荷随着电极电压的周期性变化在半导体表面或者体内做定向运动。
线阵CCD电荷包只单方向传递，每一个扫描周期，所有像素都沿着电极相继传递，进行像素的水平移动，直到所有像素全部输出。
构成CCD图像传感器最基本的单元是MOS(金属一氧化物半导体)电容器，或称MOS结构，CCD最基本的结构，是由彼此非常靠近的一系列MOS电容器所组成。
aoi工序
AOI工序：原理、应用与发展趋势一、AOI简介AOI（自动光学检测）是一种将光学技术与计算机视觉技术相结合的自动化检测技术。
它通过非接触式的方式对电子元器件、PCB板等表面贴装物进行实时检测，以识别缺陷、异物、布局错误等问题。
AOI作为SMT生产线上的重要环节，为产品质量控制提供了有力支持。
二、AOI工作原理AOI系统主要由光源、镜头、图像传感器、计算机视觉软件和控制系统组成。
工作原理是：光源将待测物照亮，镜头获取待测物的图像，图像传感器将获取的图像转换为数字信号，计算机视觉软件对数字信号进行处理和分析，识别出待测物上的缺陷和异常。
控制系统根据分析结果，对生产过程进行调整或报警。
三、AOI主要应用领域AOI技术广泛应用于SMT行业、半导体封装、汽车电子等领域。
在SMT行业中，AOI主要用于检测表面贴装元器件的缺陷、布局错误等问题，以确保产品质量。
在半导体封装领域，AOI用于检测芯片和封装体的缺陷，提高产品良率。
在汽车电子领域，AOI用于检测电子元器件的安装正确性，确保汽车的安全性能。
四、AOI在SMT行业中的优势1.提高检测效率：AOI能够实现24小时不间断检测，大大提高了生产效率。
2.降低人工成本：与传统人工目检相比，AOI减少了人工目检的工作量，降低了人工成本。
3.提高检测精度：AOI采用高分辨率的图像传感器和计算机视觉技术，能够实现高精度的检测。
4.易于实现自动化：AOI系统与生产线自动化设备相连接，易于实现生产线的自动化改造。
五、AOI技术发展历程1.初期阶段：早期的AOI系统主要采用简单的图像处理技术，只能进行简单的缺陷识别。
2.发展阶段：随着计算机视觉技术的不断发展，AOI系统逐渐引入了深度学习、神经网络等先进技术，提高了检测精度和效率。
3.成熟阶段：目前，AOI技术已经非常成熟，广泛应用于各个领域。
同时，随着人工智能技术的不断发展，AOI技术将进一步实现智能化和自动化。
六、AOI设备分类及特点1.桌面式AOI设备：桌面式AOI设备主要用于小批量生产或实验室环境下的检测。
2020年国家开放大学电大《传感器与测试技术》形成性考核附答案
《传感器与测试技术》形考1-4形考作业一一、判断题（Y对/N错）1．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
Y2．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
Y3．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
N4．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
N5．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
Y6．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
Y7．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
N8．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
Y9．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
Y10．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
Y11．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
Y12．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
Y 13．电阻应变片的绝缘电阻是指已粘贴的应变片的引线与被测试件之间的电阻值。
Y14．线性度是指传感器输出量与输入量之间的实际关系曲线偏离拟合直线的程度。
Y15．测量误差越小，传感器的精度越高。
Y16．传感器的灵敏度k等于传感器输出增量与被测量增量之比。
N17．传感器能检测到输入量最小变化量的能力称为分辨力，当分辨力以满量程输出的百分数表示时则称为分辨率。
Y18．测量转换电路首先要具有高精度，这是进行精确控制的基础。
N19．电桥是将电阻、电容、电感等参数的变化转换成电压或者电流输出的一种测量电路。
Y20．电桥有两种类型：直流电桥和交流电桥。
Y二、简答题1．传感器的输出信号通常可以分为哪两类？并举例说明。
答：1模拟式：传感器输出的是模拟电压量；2数字式：传感器输出的是数字量，如编码器式传感器。
2．传感器电路中常用的滤波器有哪些分类方法？答：模拟滤波器的选频作用，分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器；根据构成滤波器的元件类型，可分为RC、LC或晶体谐振滤波器；根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和无源滤波器；根据滤波器所处理的信号性质，可分为模拟滤波器和数字滤波器。
视觉传感技术的应用及工作原理
视觉传感技术的应用及工作原理视觉传感技术是传感技术七大类中的一个，视觉传感器是指通过对摄像机拍摄到的图像进行图像处理，来计算对象物的特征量(面积、重心、长度、位置等)，并输出数据和判断结果的传感器。
视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。
视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。
视觉传感的工作原理视觉源于生物界获取外部环境信息的一种方式，是自然界生物获取信息的最有效手段，是生物智能的核心组成之一。
人类80%的信息都是依靠视觉获取的，基于这一启发研究人员开始为机械安装“眼睛”使得机器跟人类一样通过“看”获取外界信息，由此诞生了一门新兴学科——计算机视觉，人们通过对生物视觉系统的研究从而模仿制作机器视觉系统，尽管与人类视觉系统相差很大，但是这对传感器技术而言是突破性的进步。
视觉传感器技术的实质就是图像处理技术，通过截取物体表面的信号绘制成图像从而呈现在研究人员的面前。
视觉传感器具有从一整幅图像捕获光线的数以千计的像素。
图像的清晰和细腻程度通常用分辨率来衡量，以像素数量表示。
在捕获图像之后，视觉传感器将其与内存中存储的基准图像进行比较，以做出分析。
例如，若视觉传感器被设定为辨别正确地插有八颗螺栓的机器部件，则传感器知道应该拒收只有七颗螺栓的部件，或者螺栓未对准的部件。
此外，无论该机器部件位于视场中的哪个位置，无论该部件是否在360 度范围内旋转，视觉传感器都能做出判断视觉传感技术的出现解决了其他传感器因场地大小限制或检测设备庞大而无法操作的问题，由此广受工业制造界的欢迎。
视觉传感技术包括3D视觉传感技术，3D视觉传感器具有广泛的用途，比如多媒体手机、网络摄像、数码相机、机器人视觉导航、汽车安全系统、生物医学像素分析、人机界面、虚拟现实、监控、工业检测、无线远距离传感、显微镜技术、天文观察、海洋自主导航、。
最新国家开放大学电大《传感器与测试技术(本)》网络核心课形考网考作业及答案精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版最新国家开放大学电大《传感器与测试技术（本）》网络核心课形考网考作业及答案100%通过考试说明：2018年秋期电大把《传感器与测试技术》网络核心课纳入到“国开平台”进行考核，它共有四个形考任务，针对该门课程，本人汇总了该科所有的题，形成一个完整的标准题库，并且以后会不断更新，对考生的复习、作业和考试起着非常重要的作用，会给您节省大量的时间。
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形考作业1一、判断题（共20小题，每小题5分，共100分）题目11．测试技术在自动控制系统中也是一个十分重要的环节。
选择一项：对错题目22．金属应变片的灵敏系数比应变电阻材料本身的灵敏系数小。
选择一项：对错题目33．热敏电阻传感器的应用范围很广，但是不能应用于宇宙飞船、医学、工业及家用电器等方面用作测温使用。
选择一项：对错题目44．电容式传感器的结构简单，分辨率高，但是工作可靠性差。
选择一项：对错题目55．电容式传感器可进行非接触测量，并能在高温、辐射、强烈振动等恶劣条件下工作。
选择一项：对错题目66．电容式传感器不能用于力、压力、压差、振动、位移、加速度、液位的测量。
选择一项：对错题目77．电感传感器的基本原理不是电磁感应原理。
选择一项：对错题目88．电感式传感器可以将被测非电量转换成线圈自感系数L 或互感系数M的变化，再由测量电路转换为电压或电流的变化量输出。
选择一项：对错题目99．互感传感器本身是变压器，有一次绕组圈和二次绕组。
选择一项：对错题目1010．差动变压器结构形式较多，有变隙式、变面积式和螺线管式等，但其工作原理基本一样。
选择一项：对错题目1111．传感器通常由敏感器件、转换器件和基本转换电路三部分组成。
选择一项：对错题目1212．电容式传感器是将被测量的变化转换成电容量变化的一种传感器。
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像取样后 ， Ｆ Ｆ圈像反度值 的光电传感器输 出的电 Ｔ比 －
出 ． １ 、 … 之间都有 一 与 ‘ 个偏差值△ 、△ ，所
谓朴偿就 消除 每一 点的偏差值对 画质的影响 。 黾要 补偿 莉，首先逐点测量 ＣＩ 明输 出 ． Ｓ的 与暗输 出 ， ， 存人存储器 。然后计算备 点的补偿系数 ＆． ，并存人存储器 ，
喑偏 差 是指 像亲阵列 中、 有像素 点的暗输 出的偏差 所 值
—
输 出电平的最佳取法应满足量化均方误差最小 ，即
ｄ ｄＲ一０
ｌ
ｌ 、 ¨
ｌ ＿ ．
由上面两式可 碍 出：
图像的取样与量化
１ １ 像 的取 样 ．鲁 １
Ｒ ＝¨
一
）２
即当 Ｒ＝ ＋ ． 时 ，可以保 证量 化误 差最小 。 ｉ（ ２ ）
｝ 信号 、传感 器偏 差等因素对图像信号的影 响 ．只有排除了 尤
这些影响 ，才能 真实地再现 图像信息
之 间的取 ｖ ． ＝。 一
下 面通 过均方误 差技术 ． 计算当量化误 差最小时的量 化
判 决 电平 值 。
明输出与暗输 出
明输 山 是指 当Ｃ Ｓ Ｉ 读取 白样张 时 ， 电传感器输 出的 光 电信 号值 明偏差ｕ． 措像素阵列 中、 尾 所有 像素点 的叫输 的偏差
硎光 电传感器对 Ｃ Ｓ 出的信号取样 、量化后 Ｉ输
要对它的
明输 出、暗输 出进行补偿 。 图 Ｉ ｛ 表示 Ｃ Ｓ的实际输 出值的状态 图 （ Ｉ 补偿 前 ） 首先 ， 把所有点 中， 最大的 明输 出值定义 为 … ， 最小的暗输 出值 定义 为 ， 。 图 ｌ 从 中可以看出 ， 每一点的明输 出 暗输
值。
Ｕ 一 【 ） ／ Ｖ
．
假设 ： 表 图像信息实 际输 出值 ， （） 计 ｆ代表 图像信息实 际输 出值茌 与 之间的密度函数。则 ，对于 Ｋ个量 化级 而言 量化均 方误差 为 ：
Ｋ Ｉ
￡ Ｅ （ 尺）－ ￣ －Ｒ 。 （ｄ ∑ ｆ 尺１ （ ＝【 产 ；ｆ ） ］
子信号是模拟量 ，所以 ，必须把 它变成数字信号 ，才能输 人
计算机进行数据 处理 。这种把图像信息实际输 出的模 拟量 变
１ ４
夸 口电子 ｈｔ： ｗ ｐ ｏ ｎ２０ 午第５ ｔ ／ ｗｅ ｃｃｍ ｃ ０２ ｐ／ ｗ 期
维普资讯
Ｖ …
Ｖ
０
圈 Ｉ Ｉ的 实 际输 出值 Ｃ Ｓ
圈 ｊ 害 际 输 出值 与补 偿后 输 出值
圈２ 丈体表达 了明输 出与补偿系数 的分布
黑影部分就是 当
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以 为
目杯 时 ．每点需 要补 偿的值
（ ）／ （ ～ ）
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维普资讯
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接触式图像传感器的信号读取与补偿技术
１ 末华羹 自子 肓限公司 １ １ 咕尔 滨工业 大学 威海分 幢 王 看 铎晓 筠
图像传感器是利用光 电转 换原理将图像数 据转 换为一 系
＋
列电 于信 号的一种装 置。 接触式 图像传 感器 Ｃ Ｓ ８ 年代 末 Ｉ是 ０
出现的 牛９ 新型 像 传感器 ， 是以 Ｃ ＭＯ 技术 为主 的一种 光 Ｓ 电扫描器件 。 Ｉ 相 比 Ｃ Ｃｓ ＣＤ具有体积小 ． 速度快 ． 成本低 、 安装调 试简单 等优点。但 无论是 Ｃ Ｓ还是 ＣＣ Ｉ Ｄ都 要考虑 干
所谓取样就是 用一 个有限的数列 数阵束表示一幅连续 像。取 样要遵 循取样定理 ：对于 一 个函数 ， ， ，若其傅 扭
补偿技术
所谓＾ 偿就是对 Ｃ Ｓ 的 一列光 电传感器之 间输 出值的 １上 偏差进行修正 ，使之能正 确地 反映 图像信 息。理论上说 ．这
一
里叶 变换 （．） ｕ ｙ住空间领域的一 个有 限区域外（ Ｉ＞ｕ或 即 ｕ ｌ ＞ 处处 为零 ， 当取样 『隔 △ｘ≤１ ２ 叫 ） 刚 Ｅ ｊ 】 ／ ｕ和△ Ｙ≤ Ｉ２ ／
１ ＦＩＥ ＊ ｐ． ａｐ ｃｐ ＊ ｆ ．＊ｂｐ，ａ ，十 Ｌ ｍｆ ｆ ．＊ｌ ｍｂｐ ａ ｆ ＊ ｆ ｗ１
Ｆ Ｄ ＡＴ ， ． Ｄ ． ． ＡＸ ． Ｉ Ｉ Ｉ Ａ Ｂ Ｃ， Ｗ Ｍ Ｍ ＼
接下来介绍补偿系数 的应 用方法 扫描图像时 ， 先用 Ａ／ 首 Ｄ转换 器对图像信 息进行采样、
若 （ 口 ＝ 一常数 ，日 图像信 息实际输 出值在 Ｖ 与 Ｖ 之 Ｕ ． 间出现 的概率处处相 等 ，于是得到 ：
ｗ Ｉ
＝
睛 输 Ｖ， 是指 当 Ｃ Ｓ Ｉ 醭取黑样张时 ． 电传感器输 出的 光
电情 值
Ｋ ．
二 ｆ ． ￣｛ ３ ｆ＋ Ｒ ｐ 月】 －ｌ ｊ 月 （ ． ｄ ） ｊ 】
换成离散的数字量的转换过程 叫做量化 采 用均 匀量 化技 术就是 将 与 的差 值 — 等 间隔 地取 Ｋ个等级 ，通常量化等圾 Ｋ －２ ．如果选用 ８ Ａ／ 位 Ｄ转 换器 ．则 Ｉ－ ．Ｋ－２６级 ＂ ８ ＇ Ｉ ５ 实 际输 出介于 尺 与 之 间的 ，取量化值 ，介于 Ｒ 与
ｉｆ ＝ ｏ ｎ “ Ｏ０Ｔ”．“ ｂ ） ／ ｐ－ｆｐｅ ｛Ｍ １ ｒ ：
量化 ． 并取得軎 点的实 际输 出值 Ｖ，然后利用下面的公式求
时 ，，ｘ， 日由它的样 本值正确地 重现 ．否Ⅲ 图像将 产生畸 【 Ｊ ０ 变 ｌ 即混 叠教应 ） 把 取 样 的最 大 间 隔 △ Ｘ＝Ｉ ２Ｕ 和 △ Ｖ 【 ｖ称 为奈奎 斯 特 间隔 ．１ － ／２ ／△ Ｘ和 １ △ ｙ 为 奈 奎 称 斯 特频半 。
２ ．罔 像 的 化