圖像傳感器資料

圖像傳感器一、圖像傳感器概述圖像傳感器是傳感技術(shù)中最主要的一個(gè)分支，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，它是

PC機(jī)多媒體世界今后不可缺少的外設(shè)，也是安保器件，包括光電鼠標(biāo)、支持?jǐn)?shù)碼照相技術(shù)的手機(jī)以及消費(fèi)電子、醫(yī)藥和工業(yè)市場中的各種新應(yīng)用。每種應(yīng)用都有其獨(dú)特的客戶系統(tǒng)要求。圖像傳感器屬于光電產(chǎn)業(yè)里的光電元件類，隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，目前市場和業(yè)界都面臨著跨越各平臺的視訊、影音、通訊大整合時(shí)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(yīng)用，無疑要屬數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數(shù)碼相機(jī)就由幾十萬像素，發(fā)展到４００、５００萬像素甚至更高。二、圖像傳感器的分類以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)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(zhuǎn)移）信號輸出CCD電荷注入當(dāng)光線透射到CCD的MOS結(jié)構(gòu)上時(shí)，光子穿過透明電極和氧化層，進(jìn)入P型Si襯底，激發(fā)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(zhuǎn)移CCD的信號輸出電流輸出方式由UD、R、襯底p和n＋區(qū)構(gòu)成反向偏置二極管，相當(dāng)于無限深勢阱，進(jìn)入反向偏置二極管的電荷將產(chǎn)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(diǎn)的電位發(fā)生變化，把A點(diǎn)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(shí)間比CCD早（1969），它是一種用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片工藝方法將光敏元件、放大器、ADC、存儲器、數(shù)字信號處理器和計(jì)算機(jī)接口電路集成在一塊硅片上的圖像傳感器。結(jié)構(gòu)簡單、成品率高、價(jià)格低廉應(yīng)用廣泛：網(wǎng)絡(luò)攝像頭超市、樓宇監(jiān)控手機(jī)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(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）

和

P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)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(yōu)于CMOSCMOS具有低成本（通用的半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝）、低功耗、高集成度的特點(diǎn)。CMOS幀頻遠(yuǎn)高于CCDCMOS可以實(shí)現(xiàn)ROI讀出，這一特性為圖像壓縮、視頻跟蹤等應(yīng)用提供了極大的靈活性。CMOS沒有CCD中的轉(zhuǎn)移效率問題目前CCD主要在應(yīng)用在天文、軍事、科研等高端領(lǐng)域，而CMOS占據(jù)了中低端應(yīng)用領(lǐng)域。三、圖像傳感器的應(yīng)用

1.CCD傳感器在汽車上的應(yīng)用

后視系統(tǒng)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(qū)域，提高駕駛的舒適性并且避免事故的發(fā)生。目前，后視系統(tǒng)是圖像傳感器在車上最廣泛最實(shí)際的應(yīng)用。車輛可根據(jù)后視系統(tǒng)估計(jì)出車的位置及障礙物的距離，準(zhǔn)確計(jì)算出車輛的預(yù)計(jì)軌跡，達(dá)到自動停車。也可以提供給駕駛員盲區(qū)圖像。

車道保持系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于圖像處理以及圖像識別技術(shù)的，屬于圖像識別技術(shù)在汽車上應(yīng)用的先例。當(dāng)車道偏離正常車車道時(shí)，給予駕駛員提醒。

全景監(jiān)視系統(tǒng)，顧名思義就是能夠監(jiān)視車輛周圍所有相關(guān)的情況。其主要的結(jié)構(gòu)就是在車的前后和左右各裝配一個(gè)傳感器，同時(shí)將各個(gè)傳感器的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，以達(dá)到鳥瞰的效果。三、圖像傳感器的應(yīng)用2、微光圖像傳感器

人們利用電子增強(qiáng)技術(shù)，制成了級聯(lián)式的像增強(qiáng)器，通過這種像增強(qiáng)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(yōu)點(diǎn)：便于利用圖像處理技術(shù)；可以實(shí)現(xiàn)圖像的遠(yuǎn)距離傳輸或遠(yuǎn)距離遙控?cái)z像；便于和光電自動控制系統(tǒng)構(gòu)成電視跟蹤裝置，直接用于武器制導(dǎo)、指揮射擊等領(lǐng)域，并具有較強(qiáng)的抗干擾能力和快速反應(yīng)的特點(diǎn)；能夠供更多的人在更為廣泛的場所同時(shí)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(hù)等方面不如直視夜視儀，但由于上訴個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)，使它愈來愈受到重視，并廣泛用于國防、公安、醫(yī)學(xué)影像和天文觀察側(cè)等方面。三、圖像傳感器的應(yīng)用3、脈搏圖像傳感器的檢測定位

采集數(shù)據(jù)時(shí)首先向密封腔內(nèi)充氣,

使軟性網(wǎng)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(diào)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(shí),

網(wǎng)格薄膜隨人手腕脈搏跳動而產(chǎn)生微小的形變和位移,用CCD攝像頭采集網(wǎng)格薄膜的動態(tài)圖像,送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行后期處理。三、圖像傳感器的應(yīng)用4、基于圖像傳感器的太陽方位跟蹤

現(xiàn)有的應(yīng)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(yīng)用這些方法時(shí),

或者裝置的結(jié)構(gòu)比較復(fù)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(tǒng)。太陽光線經(jīng)過成像機(jī)構(gòu)(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(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、A/D

轉(zhuǎn)換,

最后輸出數(shù)字圖像信號。DSP完成數(shù)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(shù)碼管上顯示。三、圖像傳感器的應(yīng)用5、醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡

醫(yī)用電子內(nèi)窺鏡是一種可插入人體體腔和臟器內(nèi)腔進(jìn)行直接觀察，診斷治療的醫(yī)用電子光學(xué)儀器。通過它能直接觀察人體內(nèi)臟器官的組織形態(tài)，可提高診斷的準(zhǔn)確性。內(nèi)窺鏡的歷史經(jīng)歷了從硬性光學(xué)內(nèi)窺鏡到光導(dǎo)纖維內(nèi)窺鏡再到電子內(nèi)窺鏡的過程。

電子內(nèi)窺鏡通過裝在內(nèi)窺鏡先端被稱為“微型攝像機(jī)”的光電耦合元件CCD將光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽俳?jīng)過圖像處理器“重建”高清晰度的、色彩逼真的圖像顯示在監(jiān)視器屏幕上。

電子內(nèi)窺鏡工作原理是冷光源對所檢查或手術(shù)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(zhuǎn)換成電信號，由電纜傳輸至視頻處理器，經(jīng)處理還原后顯示在監(jiān)視器上。

三、圖像傳感器的應(yīng)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(jìn)行光譜分析可以克服目前光譜分析儀的許多缺點(diǎn)。

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(jīng)顯影、定影、晾干后,

用比長儀測出波長,

再用測微光度計(jì)測出光譜的黑度。這種方法有三個(gè)缺點(diǎn):

一是為了覆蓋整個(gè)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(yīng);

三是處理過程復(fù)雜,

需要較長時(shí)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(gè)波長的強(qiáng)度。這種方法的缺點(diǎn)是只能一次測一個(gè)波長點(diǎn)的數(shù)據(jù),

然后由機(jī)械掃描裝置完成整個(gè)波段的測量,

需要精密的機(jī)械裝置與之配合。

用CCD作為探測元件,

可以同時(shí)采集各個(gè)波長點(diǎn)的數(shù)據(jù),

并串行地輸入給計(jì)算機(jī),

由計(jì)算機(jī)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。光譜數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)主要由分光系統(tǒng)、CCD圖像傳感器、高速線陣CCD圖像采集卡和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。圖像傳感器CCD的作用是將衍射光譜圖樣轉(zhuǎn)換成電信號,

在整個(gè)系統(tǒng)中起關(guān)鍵的作用。

由CCD構(gòu)成的光譜分析儀因其快速、準(zhǔn)確、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)一定會在冶金、電力、化工、教學(xué)等部門獲得廣泛的應(yīng)用。三、圖像傳感器的應(yīng)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(shí)驗(yàn)一直是工程界重視的課題，對于航空航天、動力機(jī)械、交通運(yùn)輸、軍械兵器、能源工業(yè)、土木建筑、電子冬夜、環(huán)境保護(hù)等行業(yè)尤為重要、振動直接影響機(jī)器運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性和人體感覺的舒適性，直接影響生產(chǎn)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(jìn)行非接觸的測量，該方法適用于橋梁等構(gòu)件振動的非接觸測量。運(yùn)用光學(xué)、電子學(xué)、CCD圖像傳感技術(shù)與微機(jī)數(shù)據(jù)處理技術(shù)結(jié)合的方法，克服了接觸式測量方法的缺點(diǎn)。

工作原理是將粘貼在鐵軌外側(cè)的標(biāo)志經(jīng)光學(xué)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(shù)據(jù)處理。

三、圖像傳感器的應(yīng)用8、線陣CCD相機(jī)測速

在物體的運(yùn)動方向上，設(shè)置線陣ＣＣＤ相機(jī)，與前、后兩個(gè)激光點(diǎn)光源，前、后兩個(gè)點(diǎn)光源照射在物體表面產(chǎn)生前、后光點(diǎn)；本發(fā)明通過不斷拍攝運(yùn)動物體表面位于拍攝線上某一處的圖像，并在物體運(yùn)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(xiàn)之后拍攝的圖像中，如果出現(xiàn)在后面拍攝的圖像中，則表示物體運(yùn)動方向與拍攝線一致，物體運(yùn)動方向和以前一樣，沒有出現(xiàn)偏差，以兩幅圖像匹配的拍攝時(shí)間差反推計(jì)算出物體運(yùn)行的速度，并以此時(shí)間差作為間隔拍攝的參考依據(jù)，在此時(shí)間差上、下浮動一定幅度，作為線陣ＣＣＤ測速相機(jī)的拍攝間隔時(shí)間，使得拍攝時(shí)間間隔與物體運(yùn)動速度相匹配，實(shí)現(xiàn)拍攝間隔隨物體運(yùn)動速度自適應(yīng)調(diào)整。三、圖像傳感器的應(yīng)用9、指紋識別

在進(jìn)行指紋識別時(shí)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(jìn)行掃描。指紋自動識別系統(tǒng)通過特殊的光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，可以對活體指紋進(jìn)行采集、分析和比對，獲得的指紋圖像被數(shù)字化和處理分析并被