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数字图像处理器的工作原理及应用

发布日期:2018-10-20 作者:兰州安防监控 点击:

图像传感器的分类   

   图像传感器,是构成数字摄像头的首要构成有些。依据元件的不相同,可分为CCD(Charge Coupled Device,电荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金属氧化物半导体元件)两大类。   

1、CCD图像传感器   

1969年,美国贝尔实验室的w.s.boyle与g.e.smith将可视电话和半导体泡存储技术联络,首要发明晰CCD (charged coupled device,电荷耦合件)元件自身初步是被当作单纯的存储器运用 。因为它能存储并传输信号电荷,CCD还可以运用内光电效应来摄影并存储图象,具有图像传感器的功用。   经过30多年研讨与开发,CCD在像素集成度、分辨力、灵敏度,工作速度等指标上取得突破性展开,其运用正从一维、二维向三维展开,其光波规划从紫外区到红外区,CCD已成为光子勘探及视频收集领域Z首要的技术,普遍认为是20世纪70年代以来出现的Z首要的半导体器件之一,得到了广泛运用。   

现在CCD是运用在摄影摄像方面的高端技术元件,CMOS则运用于较低形象质量的产品中,它的利益是制造本钱较CCD更低,功耗也低得多,这也是商场许多选用USB接口的产品无须外接电源且报价廉价的要素。虽然在技术上有较大的不相同,但CCD和CMOS两者功用间隔不是很大,只是CMOS摄像头对光源的请求要高一些,但现在该疑问现已底子得到解决。现在CCD元件的标准多为1/3英寸或许1/4英寸,在相同的分辨率下,宜选择元件标准较大的为好。图像传感器又名感光元件。  

 2、CCD图像传感器的优势   

CCD作为固态图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态规划宽、光敏元的几许精度高、光谱呼应规划宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场搅扰和可靠性高级一系列利益。   具高灵敏度,很低光度的入射光也能侦测到,其信号不会被点缀,使CCD的运用较不受天候拘谨。 静态领域广(High Dynamic Range),一同侦测及区分强光跟弱光,前进体系情况的运用领域,不因亮度不同年夜而构成旗帜暗号反差现象。 精巧的线性特征曲线(Linearity),入射光源强度跟输出信号年夜小成精巧的正比有关,物体资讯不致损失,下降旗帜暗号赔偿处置本钱。  

 3、CMOS图像传感器   

与CCD有着同样历史渊源的CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器,CMOS图像传感器一般由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD改换器、数据总线输出接口、控制接口等几有些构成,这几有些一般都被集成在同一块硅片上。其工作进程一般可分为复位、光电改换、积分、读出几有些。  

 在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路,如AD改换器、自动曝光量控制、非均匀赔偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校对等,为了进行敏捷计算甚至可以将具有可编程功用的DSP器件与CMOS器件集成在一同,然后构成单片数字相机及图像处理体系。

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  CMOS图像传感器于80年代发明以来,因为其时CMOS技术制程的技术不高,以致于传感器在运用中的杂讯较大,产品化进程一向较慢。时至今日,CMOS传感器的运用规划也初步非常的广泛,包括数码相机 、PC Camera、形象电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全体系、汽车倒车雷达、玩具,以及工业、医疗等用途。在等级低产品方面,其画质质量已接近等级低CCD的解析度,有关业者希望用CMOS器件代替CCD的极力正在逐步亮堂。CMOS传感器有可细分为:被动式像素传感器CMOS(Passive Pixel Sensor CMOS)与自动式像素传感器CMOS(Active Pixel Sensor CMOS)。

  4、CMOS图像传感器的优势   CMOS传感器的Z年夜优势,是它存在高度体系联系的条件。实践上,全部图像传感器所需的成效,比方笔直位移、程度位移暂存器、时序操作、CDS、ADC等, 都可放在集成在一颗晶片上, 甚至于全部的晶片包括后端晶片(Back-end Chip)、快闪镜像体(Flash RAM)等也可整分解单晶片(SYSTEM-ON-CHIP),以抵达下降整机出产本钱的方针。   

5、CCD与CMOS图像传感器的区别   

CCD和CMOS在制造上的首要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。 从制造技术上说CCD制造技术较凌乱,只需少数几个厂商,如索尼、松下、夏普等把握这种技术,因此CCD摄像机的报价会相比照照贵。事实上经过技术改造,现在CCD和高级CMOS的实践效果的间隔现已非常小了。并且CMOS的制造本钱和功耗都要低于CCD,所以许多等级低摄像头出产厂商选用一般CMOS感光元件作为中心组件。   

成像方面,在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都极好,色彩恢复、曝光可以保证底子准确。而一般CMOS的产品一般通透性一般,对什物的色彩恢复才能偏弱,曝光也都不太好,因为自身物理特性的要素,一般CMOS的成像质量和CCD仍是有一定间隔。但因为低价的报价以及高度的联系性,因此在摄像头领域仍是得到了广泛的运用。

  在原理上,CMOS的信号是以点为单位的电荷信号,而CCD是以做法单位的电流信号,前者更为灵敏,速度也更快,更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS技术还不是非常老到,一般的CMOS一般分辨率较低而成像质量也较差。  

 现在,许多等级低入门型的摄像机运用廉价的等级低CMOS芯片,成像质量比照差。普及型、高级型及专业型摄像机运用不相同层次的CCD,单个专业型或准专业型数码相机运用高级的CMOS芯片。代表成像技术将来展开的X3芯片实践也是一种CMOS芯片。

  图像传感器又分为1/2“,1/3”,1/4“之分。1/2Z佳。现在以1/3和1/4为多。从产品的技术展开趋势看,无论是CCD仍是CMOS,其体积小型化及高像素化仍是业界活泼研发的方针。因为像素标准小则图像产品的分辨率越高、清晰度越好、体积越小,其运用面更广泛。 


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