視覺傳感器PPT課件

1、提綱提綱圖像傳感器概要。圖像傳感器概要。 圖像傳感器工作原理。圖像傳感器工作原理。 圖像處理傳感器的結(jié)構(gòu)。圖像處理傳感器的結(jié)構(gòu)。 相關(guān)產(chǎn)品。相關(guān)產(chǎn)品。第1頁/共27頁圖像傳感器概要第2頁/共27頁圖像傳感器概要圖像傳感器概要 常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬： 光敏傳感器視覺 聲敏傳感器聽覺 氣敏傳感器嗅覺 化學(xué)傳感器味覺 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺第3頁/共27頁圖像傳感器概要圖像傳感器概要 光敏傳感器光敏傳感器 光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD

2、和CMOS圖像傳感器等。 圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分，根據(jù)元件不同分為CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）。第4頁/共27頁圖像傳感器概要圖像傳感器概要 獲得獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎年諾貝爾物理學(xué)獎 2009年10月6日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2009年諾貝爾物理學(xué)獎授予華人科學(xué)家高錕以及兩名美國科學(xué)家韋拉德-博伊爾(Willard Boyle)和喬治-史密斯(George Smith)，以獎勵他們在光纖和半導(dǎo)體領(lǐng)域上的開

3、創(chuàng)性研究。他們將分享1000萬瑞典克朗(約合140萬美元)的獎金。其中高錕將獲得一半的獎金，另外兩名獲獎?wù)吒鞯盟姆种坏莫劷稹８咤K的獲獎理由為“在光學(xué)通信領(lǐng)域光在光纖中傳輸方面所取得的開創(chuàng)性成就”。兩位美國科學(xué)家的獲獎理由為“發(fā)明了一種成像半導(dǎo)體電路，即CCD(電荷耦合器件)傳感器”。第5頁/共27頁圖像傳感器工作原理第6頁/共27頁圖像傳感器工作原理圖像傳感器工作原理線陣CCD面陣CCD表面溝道表面溝道CCD:電荷包存儲在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面轉(zhuǎn)移。電荷包存儲在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面轉(zhuǎn)移。體溝道體溝道CCD:電荷包存儲在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿電荷包

4、存儲在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體內(nèi)沿一定方向轉(zhuǎn)移。一定方向轉(zhuǎn)移。第7頁/共27頁圖像傳感器工作原理圖像傳感器工作原理 CCD工作原理 光電信息 電脈沖 脈沖只反映一個光敏元的受光情況 脈沖幅度的高低反映該光敏元受光照的強(qiáng)弱 輸出脈沖的順序可以反映一個光敏元的位置 完成圖像傳感 第8頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理 特點：以電荷作為信號； 基本功能：電荷的存儲和轉(zhuǎn)移； 基本工作原理： 信號電荷的產(chǎn)生 信號電荷的存貯 信號電荷的傳輸 信號電荷的檢測第9頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理CCD是由規(guī)則排列的是由規(guī)則排列的 金屬金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體半

5、導(dǎo)體 電容陣列組成。電容陣列組成。第10頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理 如圖，加電壓如圖，加電壓VG,在電場作用下，在電場作用下，多數(shù)載流子空穴被排斥驅(qū)趕，形成多數(shù)載流子空穴被排斥驅(qū)趕，形成一個耗盡區(qū)。而對于少數(shù)載流子電一個耗盡區(qū)。而對于少數(shù)載流子電子則被吸引到耗盡區(qū)，耗盡區(qū)對于子則被吸引到耗盡區(qū)，耗盡區(qū)對于帶負(fù)電的電子來講是一個電勢很低帶負(fù)電的電子來講是一個電勢很低的區(qū)域，稱為的區(qū)域，稱為“勢阱勢阱”。勢阱積累。勢阱積累電子的多少取決于勢阱的深度，界電子的多少取決于勢阱的深度，界面勢的大小與所加電壓成正比。面勢的大小與所加電壓成正比。 光入射到半導(dǎo)體硅片上，在光光入射到

6、半導(dǎo)體硅片上，在光子的作用下，半導(dǎo)體形成空穴子的作用下，半導(dǎo)體形成空穴電子對，勢阱內(nèi)吸收光電子的數(shù)量電子對，勢阱內(nèi)吸收光電子的數(shù)量與入射光勢阱附近的光強(qiáng)成正比。與入射光勢阱附近的光強(qiáng)成正比。 一個一個MOS結(jié)構(gòu)單元稱為光敏單結(jié)構(gòu)單元稱為光敏單元或一個元或一個像素像素；而將一個勢阱所吸；而將一個勢阱所吸收的若干個光生電荷稱為一個收的若干個光生電荷稱為一個電荷電荷包包。 第11頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理 通常在半導(dǎo)體硅片上制成有成千上萬個相互獨(dú)立的通常在半導(dǎo)體硅片上制成有成千上萬個相互獨(dú)立的MOS光敏單元，如果在金屬電極上加上正電壓，則在半光敏單元，如果在金屬電極上加上正

7、電壓，則在半導(dǎo)體硅片上就形成成千上萬個相互獨(dú)立的勢阱。如果此導(dǎo)體硅片上就形成成千上萬個相互獨(dú)立的勢阱。如果此時照射在這些光敏單元上是一副明暗起伏的圖像，那么時照射在這些光敏單元上是一副明暗起伏的圖像，那么這些光敏元就會產(chǎn)生出一副與光照強(qiáng)度相對應(yīng)的光電荷這些光敏元就會產(chǎn)生出一副與光照強(qiáng)度相對應(yīng)的光電荷圖像，因而得到影像信號。圖像，因而得到影像信號。信號存貯信號存貯 CCD器件每一單元（每一像素）稱為一位，有器件每一單元（每一像素）稱為一位，有256位、位、1024位、位、2160位等線陣位等線陣CCD。 CCD中每一位含有中每一位含有MOS電容的個數(shù)即為電容的個數(shù)即為CCD的相的相數(shù)，二相相位差

8、為數(shù)，二相相位差為180，三相相位差為，三相相位差為120，四相，四相相位差為相位差為90。 將時序脈沖加到將時序脈沖加到CCD驅(qū)動電路上循環(huán)時，實現(xiàn)信驅(qū)動電路上循環(huán)時，實現(xiàn)信號電荷的定向移動和耦合。號電荷的定向移動和耦合。信號傳輸信號傳輸?shù)?2頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理信號傳輸和耦合信號傳輸和耦合第13頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理 電荷注入方式：光注入信號產(chǎn)生少數(shù)載流子唄收集到勢阱中形成信號電荷。少數(shù)載流子唄收集到勢阱中形成信號電荷。 N為入射光的電子流速率；為入射光的電子流速率；A為光敏單元的為光敏單元的受光面積；受光面積；t為光注入時間。

9、為光注入時間。第14頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理 電荷檢測： CCD輸出結(jié)構(gòu)的作用是將CCD中的信號電荷變?yōu)殡娏骰螂妷狠敵觯詸z測信號電荷的大小。 如圖為CCD電壓輸出電路。放大管T1,復(fù)位管T2,輸出二極管T3。第15頁/共27頁圖像傳感器的工作原理圖像傳感器的工作原理第16頁/共27頁圖像處理傳感器的結(jié)構(gòu)圖像處理傳感器的結(jié)構(gòu)第17頁/共27頁圖像傳感器的結(jié)構(gòu)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)第18頁/共27頁產(chǎn)品介紹第19頁/共27頁相關(guān)產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)品 飛利普公司在產(chǎn)品方面的優(yōu)勢為，具有業(yè)界最大尺寸的傳感器，在數(shù)碼相機(jī)的應(yīng)用中，其mm尺寸的已經(jīng)應(yīng)用在“Contax”的數(shù)碼相機(jī)中，成為專

10、業(yè)數(shù)碼相機(jī)的代言人。 其次該公司還具有獨(dú)特的“Frame-Transfer CCD”（面掃描）技術(shù)，該產(chǎn)品在應(yīng)用中，可實現(xiàn)每秒-幅的速率。這是真正視頻信號的速度。第20頁/共27頁相關(guān)產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)品 柯達(dá)的采用了廣受好評的（氧化銦錫）技術(shù)，而不是傳統(tǒng)的聚硅化合物。 其特點是敏銳度更高，透光性比一般提高了，對于一般感應(yīng)較弱的藍(lán)光以及抗雜訊干擾方面有突破性的改善，其對藍(lán)光感應(yīng)能力提高了.倍，同時大幅降低了雜訊干擾，使影像更強(qiáng)銳利、色彩更加準(zhǔn)確，為專業(yè)數(shù)碼攝影提供了高解析度、銳利度的影像。第21頁/共27頁相關(guān)產(chǎn)品相關(guān)產(chǎn)品 富士公司研制的“（超級蜂窩結(jié)構(gòu)）使用的是八邊形的感光單元，使用了蜂巢的八邊形結(jié)構(gòu)，因此其感光單元面積要高于傳統(tǒng)。 這樣會獲得三個好處，一是可以提高的感光度、二是提高動態(tài)范圍、三是提高了信噪比。 這三個優(yōu)點加上更高的生成像素成為富士公司在數(shù)碼