圖像傳感器一、圖像傳感器概述圖像傳感器是傳感技術中最主要的一個分支，廣泛應用于各種領域，它是

PC機多媒體世界今后不可缺少的外設，也是安保器件，包括光電鼠標、支持數碼照相技術的手機以及消費電子、醫藥和工業市場中的各種新應用。每種應用都有其獨特的客戶系統要求。圖像傳感器屬于光電產業里的光電元件類，隨著數碼技術、半導體制造技術以及網絡的迅速發展，目前市場和業界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時代的到來，勾劃著未來人類的日常生活的美景。以其在日常生活中的應用，無疑要屬數碼相機產品，其發展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數碼相機就由幾十萬像素，發展到４００、５００萬像素甚至更高。二、圖像傳感器的分類以產品類別區分，圖像傳感器產品主要分為：（1）ＣＣＤ（ChargeCoupledDevice，電荷耦合元件）（2）ＣＭＯS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金屬氧化物半導體元件）2.1、什么是CCD圖像傳感器CCD：電荷藕合器件圖像傳感器CCD（Charge

Coupled

Device），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD工作原理三部曲：信號電荷注入（輸入）信號傳輸（電荷轉移）信號輸出CCD電荷注入當光線透射到CCD的MOS結構上時，光子穿過透明電極和氧化層，進入P型Si襯底，激發過剩的載流子。電子空穴對在電場作用下分離，形成信號電荷，這些信號電荷存儲在表面“勢阱”中。CCD電荷轉移CCD的信號輸出電流輸出方式由UD、R、襯底p和n＋區構成反向偏置二極管，相當于無限深勢阱，進入反向偏置二極管的電荷將產生輸出電流ID，其大小與注入到二極管的信號電荷量成正比。由于ID的存在，使A點的電位發生變化，把A點的電位采樣出來，通過放大器放大輸出。2.2、CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器誕生時間比CCD早（1969），它是一種用傳統的半導體芯片工藝方法將光敏元件、放大器、ADC、存儲器、數字信號處理器和計算機接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器。結構簡單、成品率高、價格低廉應用廣泛：網絡攝像頭超市、樓宇監控手機照相汽車倒車影像CMOSCMOSCMOS傳感器的工作原理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）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。CCD與CMOS比較CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面優于CMOSCMOS具有低成本（通用的半導體生產工藝）、低功耗、高集成度的特點。CMOS幀頻遠高于CCDCMOS可以實現ROI讀出，這一特性為圖像壓縮、視頻跟蹤等應用提供了極大的靈活性。CMOS沒有CCD中的轉移效率問題目前CCD主要在應用在天文、軍事、科研等高端領域，而CMOS占據了中低端應用領域。三、圖像傳感器的應用

1.CCD傳感器在汽車上的應用

后視系統是將攝像頭安裝在汽車的尾部，通過駕駛室的顯示器將車后的情景顯示給駕駛員，使其能夠清晰的觀察到車后通過后視鏡無法觀察到的區域，提高駕駛的舒適性并且避免事故的發生。目前，后視系統是圖像傳感器在車上最廣泛最實際的應用。車輛可根據后視系統估計出車的位置及障礙物的距離，準確計算出車輛的預計軌跡，達到自動停車。也可以提供給駕駛員盲區圖像。

車道保持系統。該系統是基于圖像處理以及圖像識別技術的，屬于圖像識別技術在汽車上應用的先例。當車道偏離正常車車道時，給予駕駛員提醒。

全景監視系統，顧名思義就是能夠監視車輛周圍所有相關的情況。其主要的結構就是在車的前后和左右各裝配一個傳感器，同時將各個傳感器的圖像數據進行拼接，以達到鳥瞰的效果。三、圖像傳感器的應用2、微光圖像傳感器

人們利用電子增強技術，制成了級聯式的像增強器，通過這種像增強可以觀測照度低于0.1lx的景物。這種微光圖像傳感器與直視夜視儀相比有如下優點：便于利用圖像處理技術；可以實現圖像的遠距離傳輸或遠距離遙控攝像；便于和光電自動控制系統構成電視跟蹤裝置，直接用于武器制導、指揮射擊等領域，并具有較強的抗干擾能力和快速反應的特點；能夠供更多的人在更為廣泛的場所同時觀察；可以錄像并長期保存。

雖然微光傳感器在體積、重量、能耗、成本、使用維護等方面不如直視夜視儀，但由于上訴個方面的優點，使它愈來愈受到重視，并廣泛用于國防、公安、醫學影像和天文觀察側等方面。三、圖像傳感器的應用3、脈搏圖像傳感器的檢測定位

采集數據時首先向密封腔內充氣,

使軟性網格薄膜微微鼓起,

受測者手腕放置于薄膜下,

使手腕橈動脈與薄膜接觸,

通過調整手腕與薄膜之間的距離,

給手腕橈動脈施加一定的切脈壓力,

此時,

網格薄膜隨人手腕脈搏跳動而產生微小的形變和位移,用CCD攝像頭采集網格薄膜的動態圖像,送至計算機進行后期處理。三、圖像傳感器的應用4、基于圖像傳感器的太陽方位跟蹤

現有的應用光敏傳感器檢測太陽方位的方法有多元法和比較控制法等幾種。但是在應用這些方法時,

或者裝置的結構比較復雜,

或者跟蹤范圍小精度有限。為改善以上問題,

采用一種基于

DSP

和圖像傳感器的太陽方位檢測系統。太陽光線經過成像機構(一次傳感器)

在半透明的接收屏上投影為光斑,

接收屏下方的

CMOS

圖像傳感器

(

二次傳感器)

對接收屏圖像進行光電轉換、放大、A/D

轉換,

最后輸出數字圖像信號。DSP完成數字圖像信號的存儲和處理,

提取光斑的亮度特征,

測定光斑中心對接收屏的高度角與、方位角從而得到太陽的高度角和方位角并在

LED

數碼管上顯示。三、圖像傳感器的應用5、醫用電子內窺鏡

醫用電子內窺鏡是一種可插入人體體腔和臟器內腔進行直接觀察，診斷治療的醫用電子光學儀器。通過它能直接觀察人體內臟器官的組織形態，可提高診斷的準確性。內窺鏡的歷史經歷了從硬性光學內窺鏡到光導纖維內窺鏡再到電子內窺鏡的過程。

電子內窺鏡通過裝在內窺鏡先端被稱為“微型攝像機”的光電耦合元件CCD將光能轉變為電能，再經過圖像處理器“重建”高清晰度的、色彩逼真的圖像顯示在監視器屏幕上。

電子內窺鏡工作原理是冷光源對所檢查或手術部位照明后物鏡將被測物體成像在CCD光敏面上，CCD將光信號轉換成電信號，由電纜傳輸至視頻處理器，經處理還原后顯示在監視器上。

三、圖像傳感器的應用6、CCD用于光譜探測

由于CCD具有圖像傳感和自掃描功能,

因而利用CCD作探測元件進行光譜分析可以克服目前光譜分析儀的許多缺點。

目前光譜分析方法有兩種:

照像法和光電法。照相法是利用攝譜儀將光譜成像在照相干版上,經顯影、定影、晾干后,

用比長儀測出波長,

再用測微光度計測出光譜的黑度。這種方法有三個缺點:

一是為了覆蓋整個光譜范圍需要更換不同的照相乳劑;

二是照相乳劑對光的非線性響應;

三是處理過程復雜,

需要較長時間。光電法是利用單色儀分光掃描,

由光電倍增管分別測出各個波長的強度。這種方法的缺點是只能一次測一個波長點的數據,

然后由機械掃描裝置完成整個波段的測量,

需要精密的機械裝置與之配合。

用CCD作為探測元件,

可以同時采集各個波長點的數據,

并串行地輸入給計算機,

由計算機對這些數據進行分析與處理。光譜數據分析系統主要由分光系統、CCD圖像傳感器、高速線陣CCD圖像采集卡和計算機系統構成。圖像傳感器CCD的作用是將衍射光譜圖樣轉換成電信號,

在整個系統中起關鍵的作用。

由CCD構成的光譜分析儀因其快速、準確、便于攜帶等優點一定會在冶金、電力、化工、教學等部門獲得廣泛的應用。三、圖像傳感器的應用7、CCD圖像傳感器用于物體振動的非接觸測量

振動測量與實驗一直是工程界重視的課題，對于航空航天、動力機械、交通運輸、軍械兵器、能源工業、土木建筑、電子冬夜、環境保護等行業尤為重要、振動直接影響機器運行的穩定性、安全性和人體感覺的舒適性，直接影響生產的有效性和精確性。

可以采用線陣圖像傳感器對鐵軌的振動進行非接觸的測量，該方法適用于橋梁等構件振動的非接觸測量。運用光學、電子學、CCD圖像傳感技術與微機數據處理技術結合的方法，克服了接觸式測量方法的缺點。

工作原理是將粘貼在鐵軌外側的標志經光學物鏡成像到線陣CCD的光敏像面上，線陣CCD的輸出端得到輸出信號，可用于數據處理。

三、圖像傳感器的應用8、線陣CCD相機測速

在物體的運動方向上，設置線陣ＣＣＤ相機，與前、后兩個激光點光源，前、后兩個點光源照射在物體表面產生前、后光點；本發明通過不斷拍攝運動物體表面位于拍攝線上某一處的圖像，并在物體運行一段距離后，再拍攝圖像，尋找物體表面某一處圖像是否出現之后拍攝的圖像中，如果出現在后面拍攝的圖像中，則表示物體運動方向與拍攝線一致，物體運動方向和以前一樣，沒有出現偏差，以兩幅圖像匹配的拍攝時間差反推計算出物體運行的速度，并以此時間差作為間隔拍攝的參考依據，在此時間差上、下浮動一定幅度，作為線陣ＣＣＤ測速相機的拍攝間隔時間，使得拍攝時間間隔與物體運動速度相匹配，實現拍攝間隔隨物體運動速度自適應調整。三、圖像傳感器的應用9、指紋識別

在進行指紋識別時使用者把單指放在棱鏡面上或玻璃板上，通過CCD傳感器件進行掃描。指紋自動識別系統通過特殊的光電轉換設備和計算機圖像處理技術，可以對活體指紋進行采集、分析和比對，獲得的指紋圖像被數字化和處理分析并被