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剖析CMOS和CCD影像传感器技术原理

资料介绍
传感器CMOS和CCD
剖析CMOS和CCD影像传感器技术原理

肯 特

CCD传感器目前大部份被使用在数字相机上,近年来CMOS传感器也同样被应用在数字相机
市场中,并具备CCD影像感测所没有的一些优点,例如:省电、芯片整合度、成本低…等
等。因此,数字相机的影像传感器市场是CCD与CMOS的兵家必争之地,未来低于500美元
数字相机的影像传感器将由CMOS胜出,高于500美元的数字相机市场将由CCD所主导。

这两种传感器都将光转变成模拟讯号输出,这是在每一个画素(Pixel)里所完成,所以
要了解影像感测之前,必须先了解画素的定义和原理。传感器制造厂商对画素的定义是
:在影像传感器上将光转换成电荷的基本单位。例如,数字相机有一个1280 x
960的影像传感器,就会有1,228,800个画素,这不同于电视与计算机屏幕制造业商所使
用的画素定义。

画素原理

画素是影像传感器的基本要素,以CMOS传感器的画素为例,其包含一个光电二极管,用
来产生与入射光成比例的电荷,也包含一些晶体管,以提供缓冲转换和复位功能。当从
画素电容所累积的电荷被抽样缓冲并传送给放大器(Gain
Amplifiers)与模拟/数字转换器(A/D
Converter)之后,所摄取影像的原始讯号才得以形成,具有这些功能才能形成一个影像
传感器。

信噪比

影像传感器的信噪比(SNR)可以用分贝(dB)来表示,当信号强度到达一定强度时,信
噪比并不会同步增加,但是,如果要让低数值讯号可以被检测到,那么信噪比就非常重
要。

色彩敏感度失衡

彩色画素对不同频率的入射光有不同的灵敏度,将造成摄取影像的色彩失衡。当然,色
彩失衡可以用数字化处理得到补偿,却会放大模拟/数字转换器(ADC)的量化噪声。现
在的技术可以解决色彩敏感度失衡的问题,同时将讯号送到ADC进行数字量化,运用色别
增益或放大技术进行处理。

暗电流(B
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