CMOS圖像傳感器的原理與應用2021/8/231最新PPTCMOS的發展歷史CMOS圖像傳感器的組成CMOS圖像傳感器的像素陣列CMOS圖像傳感器的基本工作流程CMOS圖像傳感器的關鍵參數CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較CMOS圖像傳感器件的應用主要內容：2021/8/232最新PPT2021/8/233最新PPT固體圖像傳感器主要分為電荷禍合器件(CCD,ChargeCoupledDevice型和COMS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor）型兩大類。早期由于受集成電路設計和工藝水平的限制,型攝像器件無法克服其靈敏度低和抗干擾能力差的缺點。到了八十年代末,英國愛丁堡大學成功地試制出世界上第一塊單片圖像傳感芯片,從而為型圖像傳感器實用化開通了道路。圖像傳感器由于具有高集成、低功耗、低成本等許多優點,得到了人們越來越多的童視,并逐步成為研究和開發的熱點。CMOS圖像傳感器的發展史2021/8/234最新PPTCMOS圖像傳感器的組成組成：CMOS圖像傳感器的原理如圖所示，通常由像敏單元陣列、行驅動器、列時序控制邏輯、A/D轉換器、數據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成，這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。2021/8/235最新PPTCMOS圖像傳感器的像素陣列由大量相同的像素單元組成，這些相同的像素單元是傳感器的關鍵部分。隨著CMOS圖像傳感器的發展，可以細分為很多類，這里我們依照像素不同類型來分，就可分為兩大類：一類是無源像素傳感器（CMOS-PPS），另一類是有源像素傳感器（CMOS-APS）。CMOS圖像傳感器的像素陣列2021/8/236最新PPT

無源像素傳感器無源像素單元結構簡單,像素填充率高,量子效率高。但它的讀出噪聲大,一般為250rms,而商用的CCD讀出噪聲可低于20rms。不利于向大型陣列發展,不利于提高讀出速率,因為這兩種情況都會導致更大的讀出噪聲。在無源像素傳感器的像素單元中包括一個光二極管(PhotoDiode)和一個MOS管，MOS管作為行選(RowSeleet)開關。當選通時,光敏二極管中由于光照產生的相應電荷就傳送到了列線。下端的積分放大器將該信號轉化為電壓輸出。為減少噪聲,列總線下端的放大器在不讀信號時,保持列總線為一常數電平。2021/8/237最新PPT有源像素傳感器

首先進入“復位狀態”,M1打開,對光敏二極管復位然后進入“取樣狀態”,M1關閉,光照射到光敏二極管M2上產生光生載流子,并通過源踉隨器放大輸出,纂啟進入。讀擊狀態”,這時行選通管M3打開,信號通過列總線輸出。這種有源像素傳感器的像素單元通常稱為3-T(3-Trnasistor)結構，在像素單元中，除一個光二極管外，還包括一個重置(Reset)MOS管、一個源極跟隨器(SourceFollower)MOS管和一個行選MOS管。它由光敏二極管、M1復位管、源跟隨器M2和行選通管M3組成。2021/8/238最新PPTCMOS圖像傳感器的基本工作流程1.發生光電效應。2.行選擇邏輯單元選通相應的行像素單元。3.信號通過各自所在列的信號總線傳輸到對應的模擬信號處理單元以及A/D轉換器。2021/8/239最新PPT衡量CMOS圖像傳感器性能的參數有很多,下面對這些參數做簡單的介紹:感光度分辨率暗電流噪聲特性動態范圍快門方式CMOS圖像傳感器的關鍵參數2021/8/2310最新PPTISO感光度ISO值是用來表示傳統相機所使用底片的感光度。當ISO數值愈大時，感光度就愈大。2021/8/2311最新PPT先來說一下像素：像素，即是影像最基本的單位。也就是說將影像放大到不能再將它分割的影像單位。而分辨率，是在一個特定的區域內共有多少個像素單位，該詞最早是用來說明工程中單位長度所擷取到『點』的數目，對應在單位上就成了dpi(dotperinch)。常見單位有：EPI:每一平方英寸共有多少單位數(elementperinch)。DPI:每一平方英寸共有多少點數(dotperinch)。PPI:每一平方英寸共有多少像素數(pixelperinch)。LPI:每一平方英寸共有多少條線(lineperinch)。膠片式照相機一般使用35毫米的膠卷。解像度在數百萬到一千萬點。但是，膠片經鏡頭所拍下的成像。有時還比不上100萬像素檔次的數碼相機。100萬像素檔次的數碼相機，拍攝1024x768點陣的畫像，經高解像度的打印機打印，解像度為每毫米3到4點（解像度可用點數來表示）。另一方面，膠片經鏡頭所拍下的成像每毫米3-14點。受我們用肉眼所能鑒別的限制，這種程度的解像度沒有太大的區別。分辨率2021/8/2312最新PPT噪聲特性由于數碼相機本身采用大量的電子器材，所拍攝的影像質量很容易受到電子原件的電磁溢波干擾，CMOS圖像傳感器上殘存的能量以及運作環境溫度升高（機體運作時間過久）所產生的自然噪聲。這些噪聲會被紀錄在你所拍攝的影像畫面中，你可以透過單一色調的拍攝（黑色）做為觀察Noise的指標。2021/8/2313最新PPT暗電流所謂暗電流，就是在沒有入射光時光電二極管所釋放的電流量，一個被隔離的反向偏置的光電二極管即使在沒有任何光照的條件下，也會產生放電現象。2021/8/2314最新PPT快門模式快門對于CMOS圖像傳感器而言是很重要的，通過電子快門的方式可以控制CMOS圖像傳感器的積分時間。對于CMOS圖像傳感器而言，通常有兩種快門的機制：卷簾式快門（RollingShutter）和全局式快門（GlobalShutter）。卷簾式快門2021/8/2315最新PPT全局式快門優點在于拍攝運動物體不會失真。卷簾式快門的優點在于沒有采樣保持單元，結構簡單噪音低。全局式快門卷簾式快門2021/8/2316最新PPT讀取方式：根據快門方式有所不同，CMOS圖像傳感器的像素信號讀取有兩種方式，即掃描讀取方式和隨機讀取方式，如圖所示。掃描讀取隨機讀取2021/8/2317最新PPT動態范圍圖像傳感器的動態范圍通常可定義為：傳感器最大的非飽和信號與暗條件下噪聲均方差之比。一般來說，具有較寬動態范圍的傳感器可以探測更寬的場景照度范圍，從而可以得到具有更多細節的圖像。2021/8/2318最新PPTCMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器的比較感光組件的區別：放大器位置和數量:比較CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的結構，放大器的位置和數量是最大的不同之處。2021/8/2319最新PPT性能差異：由于構造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現的不同點。CCD圖像傳感器的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持數據的完整性。CMOS圖像傳感器的制程比較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個像素的數據。整體來說，CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器兩種設計的應用，反應在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、分辨率、噪聲與耗電量等，不同類型的差異：1、ISO感光度差異：2、成本差異3、分辨率差異4、噪聲差異5、耗電量差異6、隨機讀取2021/8/2320最新PPT差異總結及前景展望：由于構造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現之不同。CCD圖像傳感器的特色在于充分保持信號在傳輸時不失真（專屬通道設計），透過每一個像素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持數據的完整性；CMOS圖像傳感器的制程比較簡單，沒有專屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個畫素的數據。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進目標，以期進入手機攝像頭的移動通訊市場；CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速圖像處理芯片整合，借由后續的圖像處理修正噪聲以及畫質表現，CMOS未來跨足高階的影像市場產品，前景可期。2021/8/2321最新PPTCMOS圖像傳感器件的應用數碼相機：CMOS在數碼相機中的應用:彩色CMOS攝像頭在電子快門的控制下,攝取一幅照片存在DRAM中,然后再轉至快ROM中存放起來。CMOS還可以完成其他許多功能,如模數轉換、負載信號處理、處理白平衡及進行相機控制等。目前幾乎所有的初級數碼相機都是基于CMOS圖像傳感器的。2021/8/2322最新PPT對地觀察衛星的主要遙感成像技術:在目前，對于重量小于10kg的納型衛星來說，光成像技術（以可見光為主）將是納型衛星完成對地觀察任務的主要手段。而在可見光統中，其電子光學系統中廣泛使用固體成像器件（如CCD）進行遙感成像。CMOS成像器件由于其本身優點，在微納衛星上具有廣泛應用前景。一種典型的模塊化遙感微納衛星如圖，其中采用了大量新技術，如CMOS相機、星傳感器，基于MEMS的微型陀螺、微加速度計，使用了250MIPS的微處理器與8GB的動態存儲器等。2021/8/2323最新PPTSurrey大學的SNAP-1納型衛星與“清華1號”微小衛星同時發射。SNAP-1納型衛星上裝有3個廣角（90度視角）的相機，以及一個小視角相機。圖是這些相機在星箭分離時拍攝的照片。2021/8/2324最新PPT太陽敏感器：衛星的微小化要求其組成模塊的微型化，要求對現有衛星組成模塊進行重新設計，大幅度減小其重量、體積和功耗，使其滿足新的要求。由于數字編碼式太陽敏感器的幾何分辨率主要由傳感器像素尺寸決定，而CMOS的像素尺寸可以做到遠小于CCD，使得基于的太陽敏感器分辨率能得到提高。2021/8/2325最新PPT9、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。Feb-23Feb-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:30:2916:30:2916:302/3/20234:30:29PM11、人總是珍惜為得到。Feb-2316:30:2916:30Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:30:2916:30:2916:30Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。Feb-23Feb-2316:30:2916:30:2903February202314、抱最大的希望，作最大的努力。2/3/20234:30:29PM16:30:29Feb-2315、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。。February234:30PMFeb-2316:3003February202316、業余生活要有意義，不要越軌。2/3/20234:30:29PM16:30:292/3/202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。4:30:29PM4:30PM16:30:29Feb-23謝謝大家2021/8/2326最新PPT9、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。Feb-23Feb-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。16:30:2916:30:2916:302/3/20234:30:29PM11、人總是珍惜為得到。Feb-2316:30:2916:30Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。16:30:2916:30:2916:30Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。Feb-23Feb-2316:30:2916:30:2903February202314、抱最大的希望，作最大的努力。2/3/20234:30:29PM16:30:29Feb-2315、一個人炫耀什么，說明他內心缺少什么。。February234:30PMFeb-2316: