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1、呂振遠(yuǎn)呂振遠(yuǎn) 陳榮光陳榮光武盛偉武盛偉電子0712023/6/13CCDC CC CD D：電電荷荷藕藕合合器器件件圖圖像像傳傳感感器器C CC CD D（C Ch ha ar rg ge e C Co ou up pl le ed d D De ev vi ic ce e），它它使使用用一一種種高高感感光光度度的的半半導(dǎo)導(dǎo)體體材材料料制制成成，能能把把光光線線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變成成電電荷荷，通通過(guò)過(guò)模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器芯芯片片轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換成成數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)，數(shù)數(shù)字字信信號(hào)號(hào)經(jīng)經(jīng)過(guò)過(guò)壓壓縮縮以以后后由由相相機(jī)機(jī)內(nèi)內(nèi)部部的的閃閃速速存存儲(chǔ)儲(chǔ)器器或或內(nèi)內(nèi)置置硬硬盤(pán)盤(pán)卡卡保保存存，因因而而可可以以輕輕而而易易舉

2、舉地地把把數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳傳輸輸給給計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)，并并借借助助于于計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)的的處處理理手手段段，根根據(jù)據(jù)需需要要和和想想像像來(lái)來(lái)修修改改圖圖像像。C CC CD D由由許許多多感感光光單單位位組組成成，通通常常以以百百萬(wàn)萬(wàn)像像素素為為單單位位。當(dāng)當(dāng)C CC CD D表表面面受受到到光光線線照照射射時(shí)時(shí)，每每個(gè)個(gè)感感光光單單位位會(huì)會(huì)將將電電荷荷反反映映在在組組件件上上，所所有有的的感感光光單單位位所所產(chǎn)產(chǎn) 生生 的的 信信 號(hào)號(hào) 加加 在在 一一 起起，就就 構(gòu)構(gòu) 成成 了了 一一 幅幅 完完 整整 的的 畫(huà)畫(huà) 面面。2023/6/13CCD結(jié)構(gòu)CCDCCD結(jié)構(gòu)包含感光二極管、并行信號(hào)寄存器、并行

3、信號(hào)寄存器、信號(hào)結(jié)構(gòu)包含感光二極管、并行信號(hào)寄存器、并行信號(hào)寄存器、信號(hào)放大器、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器等項(xiàng)目，將分別敘述如下；放大器、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器等項(xiàng)目，將分別敘述如下；1.1.感光二極管（感光二極管（PhotodiodePhotodiode）2.2.并行信號(hào)寄存器（并行信號(hào)寄存器（Shift RegisterShift Register）：用于暫時(shí)儲(chǔ)存感光后產(chǎn)生）：用于暫時(shí)儲(chǔ)存感光后產(chǎn)生的電荷。的電荷。3.3.并行信號(hào)寄存器（并行信號(hào)寄存器（Transfer RegisterTransfer Register）：用于暫時(shí)儲(chǔ)存并行積存）：用于暫時(shí)儲(chǔ)存并行積存器的模擬信號(hào)并將電荷轉(zhuǎn)移放大。器的模擬信號(hào)并將電荷

4、轉(zhuǎn)移放大。4.4.信號(hào)放大器：用于放大微弱電信號(hào)。信號(hào)放大器：用于放大微弱電信號(hào)。5.5.數(shù)摸轉(zhuǎn)換器：將放大的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。數(shù)摸轉(zhuǎn)換器：將放大的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。2023/6/131.微型鏡頭微型鏡頭為CCD的第一層，我們知道，數(shù)碼相機(jī)成像的關(guān)鍵是在于其感光層，為了擴(kuò)展CCD的采光率，必須擴(kuò)展單一像素的受光面積。但是提高采光率的辦法也容易使畫(huà)質(zhì)下降。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因?yàn)閭鞲衅鞯拈_(kāi)口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來(lái)決定。2023/6/132.分色濾色片 分色濾色片為分色濾色片為CCDCCD的第二層，目前有兩種分色方式，一是的第二層

5、，目前有兩種分色方式，一是RGBRGB原色原色分色法，另一個(gè)則是分色法，另一個(gè)則是CMYKCMYK補(bǔ)色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。首先，補(bǔ)色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。首先，我們先了解一下兩種分色法的概念，我們先了解一下兩種分色法的概念，RGBRGB即三原色分色法，幾乎所有即三原色分色法，幾乎所有人類人類眼睛眼睛可以識(shí)別的顏色，都可以通過(guò)紅、綠和藍(lán)來(lái)組成，而可以識(shí)別的顏色，都可以通過(guò)紅、綠和藍(lán)來(lái)組成，而RGBRGB三三個(gè)字母分別就是個(gè)字母分別就是Red,GreenRed,Green和和BlueBlue，這說(shuō)明，這說(shuō)明RGBRGB分色法是通過(guò)這三個(gè)分色法是通過(guò)這三個(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再說(shuō)通道的

6、顏色調(diào)節(jié)而成。再說(shuō)CMYKCMYK，這是由四個(gè)通道的顏色配合而成，這是由四個(gè)通道的顏色配合而成，他們分別是青（他們分別是青（C C）、洋紅）、洋紅(M)(M)、黃、黃(Y)(Y)、黑、黑(K)(K)。在印刷業(yè)中，。在印刷業(yè)中，CMYKCMYK更更為適用，但其調(diào)節(jié)出來(lái)的顏色不及為適用，但其調(diào)節(jié)出來(lái)的顏色不及RGBRGB的多。的多。2023/6/133.感光層感光層為CCD的第三層，這層主要是負(fù)責(zé)將穿過(guò)濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，并將信號(hào)傳送到影像處理芯片，將影像還原。2023/6/13CMCMOS圖像傳感器基本工作原理OS首先，外界光照射像素陣列，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)首先，外界光照射像素陣

7、列，發(fā)生光電效應(yīng)，在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要，選通相應(yīng)的行產(chǎn)生相應(yīng)的電荷。行選擇邏輯單元根據(jù)需要，選通相應(yīng)的行像素單元。行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)像素單元。行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。其中的行選擇邏輯單元可以對(duì)像素陣成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。其中的行選擇邏輯單元可以對(duì)像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單列逐行掃描也可隔行掃描。行選擇邏輯單元與列選擇邏輯單元配合使用可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能。模擬信號(hào)處理單

8、元配合使用可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能。模擬信號(hào)處理單元的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并且提高信噪比。另元的主要功能是對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，并且提高信噪比。另外，為了獲得質(zhì)量合格的實(shí)用攝像頭，芯片中必須包含各種外，為了獲得質(zhì)量合格的實(shí)用攝像頭，芯片中必須包含各種控制電路，如曝光時(shí)間控制、自動(dòng)增益控制等。為了使芯片控制電路，如曝光時(shí)間控制、自動(dòng)增益控制等。為了使芯片中各部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動(dòng)作，必須使用多個(gè)時(shí)序控制信中各部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動(dòng)作，必須使用多個(gè)時(shí)序控制信號(hào)。為了便于攝像頭的應(yīng)用，還要求該芯片能輸出一些時(shí)序號(hào)。為了便于攝像頭的應(yīng)用，還要求該芯片能輸出一些時(shí)序信號(hào)，如同步信號(hào)、行起始信號(hào)

9、、場(chǎng)起始信號(hào)等。信號(hào)，如同步信號(hào)、行起始信號(hào)、場(chǎng)起始信號(hào)等。2023/6/132023/6/13CCD與CMOS傳感器的性能比較ISO感光度分辨率噪點(diǎn)耗電量成本2023/6/13ISO感光度由于CMOS每個(gè)像素由四個(gè)晶體管與一個(gè)感光二極管構(gòu)成，還包含了放大器與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，過(guò)多的額外設(shè)備縮小了單一像素感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣的尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。2023/6/13CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；首先，我們先了解一下兩種分色法的概念，RGB即三原色分色法，幾乎所有人類眼睛可以識(shí)別的顏色，都可以通過(guò)紅、綠和藍(lán)

10、來(lái)組成，而RGB三個(gè)字母分別就是Red,Green和Blue，這說(shuō)明RGB分色法是通過(guò)這三個(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。為了使芯片中各部分電路按規(guī)定的節(jié)拍動(dòng)作，必須使用多個(gè)時(shí)序控制信號(hào)。分色濾色片為CCD的第二層，目前有兩種分色方式，一是RGB原色分色法，另一個(gè)則是CMYK補(bǔ)色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。再說(shuō)CMYK，這是由四個(gè)通道的顏色配合而成，他們分別是青（C）、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)。其中的行選擇邏輯單元可以對(duì)像素陣列逐行掃描

11、也可隔行掃描。呂振遠(yuǎn) 陳榮光武盛偉首先，我們先了解一下兩種分色法的概念，RGB即三原色分色法，幾乎所有人類眼睛可以識(shí)別的顏色，都可以通過(guò)紅、綠和藍(lán)來(lái)組成，而RGB三個(gè)字母分別就是Red,Green和Blue，這說(shuō)明RGB分色法是通過(guò)這三個(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。CCD與CMOS傳感器的前景CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；在印刷業(yè)中，CMYK更為適用，但其調(diào)節(jié)出來(lái)的顏色不及RGB的多。行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)

12、輸出。感光層為CCD的第三層，這層主要是負(fù)責(zé)將穿過(guò)濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)，并將信號(hào)傳送到影像處理芯片，將影像還原。分辨率由于CMOS傳感器的每個(gè)像素都比CCD傳感器復(fù)雜，其像素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)我們比較相同尺寸的CCD與CMOS時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器。2023/6/13噪點(diǎn)由于CMOS每個(gè)感光二極管都需搭配一個(gè)放大器，如果以百萬(wàn)像素計(jì)，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的放大器，而放大器屬于模擬電路，很難讓每個(gè)放大器所得到的結(jié)果保持一致，因此與只有一個(gè)放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比，CMOS傳感器的噪點(diǎn)就會(huì)增加很多，影響圖像品質(zhì)。2023/6/13耗

13、電量CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；而CCD傳感器為被動(dòng)式采集，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要1218V，因此CCD還必須有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD的耗電量遠(yuǎn)高于CMOS。CMOS的耗電量?jī)H為CCD的1/8到1/10。2023/6/13數(shù)摸轉(zhuǎn)換器：將放大的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。CMCMOS圖像傳感器基本工作原理OS行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，而CMO

14、S則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。由于CMOS傳感器的每個(gè)像素都比CCD傳感器復(fù)雜，其像素尺寸很難達(dá)到CCD傳感器的水平，因此，當(dāng)我們比較相同尺寸的CCD與CMOS時(shí)，CCD傳感器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS傳感器。CCD與CMOS傳感器的性能比較行像素單元內(nèi)的圖像信號(hào)通過(guò)各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理單元以及A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)輸出。CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；但是提高采光率的辦法也容易使畫(huà)質(zhì)下降。其中的行選擇邏輯單元可以對(duì)像素陣列逐行掃描也可隔行掃描。CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光

15、二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；CMOS傳感器的圖像采集方式為主動(dòng)式，感光二極管所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出；CCD由許多感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。CCD與CMOS傳感器的前景但是提高采光率的辦法也容易使畫(huà)質(zhì)下降。CCD與CMOS傳感器的前景CCD在影像品質(zhì)等方面均優(yōu)于CMOS，而CMOS則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點(diǎn)。不過(guò)，隨著CCD與CMOS傳感器技術(shù)的進(jìn)步，兩者的差異將逐漸減小，新一代的CCD傳感器一直在功耗上作改進(jìn)，而CMOS傳感器則在改善分辨率與靈敏度方面的不足。相信不斷改進(jìn)的CCD與CMOS傳感器將為我們帶來(lái)更加美好的數(shù)碼影像世界。2023/6/132023/6/13