ccd圖像傳感器的應(yīng)用：ccd圖像傳感器應(yīng)用舉例
描述
CCD圖像傳感器應(yīng)用
CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)外，還廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。此外，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進(jìn)行顯微手術(shù)等而對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。
CCD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼，它革新了攝影術(shù)，光可以被電子化地記錄下來(lái)，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對(duì)圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)稱(chēng)贊說(shuō)，“無(wú)論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處，它都能給我們帶來(lái)水晶般清晰的影像?！?br/> CCD圖像傳感器在案例中技術(shù)的詳細(xì)應(yīng)用
圖像傳感器是利用光傳感器的光電轉(zhuǎn)換功能，將其感光面上的光信號(hào)圖像轉(zhuǎn)換為與之成比例關(guān)系的電信號(hào)圖像的一種功能器件。攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、彩信手機(jī)上廣泛使用的是固態(tài)圖像傳感器，分為CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。固態(tài)圖像傳感器是在單晶硅襯底上布設(shè)若干個(gè)光敏單元與移位寄存器、集成制造的功能化的光電轉(zhuǎn)換器件，其中光敏單元也稱(chēng)為像素，我們常說(shuō)的分辨率是單位面積上的像素，此運(yùn)作模式與光電開(kāi)關(guān)傳感器相比是無(wú)法替代的。
電荷耦合器件圖像傳感器CCD是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，再通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤(pán)卡保存，因而可以輕易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手估，想象來(lái)修改圖像。
CCD電荷耦合器件在P型SI襯底上覆蓋一層SIO2，然后在SIO2薄層上沉積金屬或摻雜多晶硅形成電極，稱(chēng)為柵極，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD電荷耦合器件芯片。
當(dāng)入射光作用在P型SI襯底上時(shí)，載流子電子得到入的能量后，在柵極加上脈沖信號(hào)。
CCD圖像傳感器市場(chǎng)
CCD圖像傳感器已成為攝錄一體機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和多媒體系統(tǒng)的核心部件。
在世界已進(jìn)入信息時(shí)代的今天，以數(shù)字化、計(jì)算機(jī)、通訊、電視和多媒體為主要特征的信息革命正在興起。作為視覺(jué)傳感器的CCD攝像器件，在光電圖像信息獲取與處理中起著極其重要的作用。CCD圖像傳感器的市場(chǎng)十分廣闊，前景十分看好。
CCD圖像傳感器經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，已經(jīng)成熟并實(shí)現(xiàn)了商品化。CCD圖像傳感器從最初簡(jiǎn)單的8像元移位寄存器發(fā)展至今，已具有數(shù)百萬(wàn)至上千萬(wàn)像元。由于CCD圖像傳感器具有很大的潛在市場(chǎng)和廣闊的應(yīng)用前景，因此，國(guó)際上在這方面的研究工作進(jìn)行得相當(dāng)活躍，美國(guó)、日本、英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、加拿大、俄羅斯、南韓等國(guó)家均投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并在CCD圖像傳感器的研究和應(yīng)用方面取得了令人矚目的成果。美國(guó)和日本的器件和整機(jī)系統(tǒng)已進(jìn)入了商品化階段。
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ccd圖像傳感器的應(yīng)用：CCD圖像傳感器的原理及應(yīng)用
CCD
圖像傳感器的原理及應(yīng)用
?
?
摘要：
?
隨著科技的迅猛發(fā)展，人們希望在生活生產(chǎn)中更多地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，傳
?
感器起著舉足輕重的地位。傳感器其實(shí)就是人類(lèi)感官的延伸，因此也叫“電五官”
。而圖像傳感器就是“電
?
視覺(jué)”
，本文就圖像傳感器中的一種——
CCD
圖像傳感器的原理及應(yīng)用做一介紹。
?
關(guān)鍵字：
CCD
圖像傳感器
原理
?
應(yīng)用
?
?
?CCD
圖像傳感器是通過(guò)將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、
處理和復(fù)現(xiàn)。光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)主要由
CCD
感光片完成。
CCD
感光片由三部分組成，
即鏡片，彩色濾鏡和感應(yīng)電路，如下圖。鏡片和彩色濾鏡主要是對(duì)接受的光線（即圖像）進(jìn)
行一定的預(yù)處理，
感應(yīng)電路為
CCD
傳感器的核心，
它又可分為光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件
兩部分。
ccd圖像傳感器的應(yīng)用：圖像傳感器
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圖像傳感器
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圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。與光敏二極管，光敏三極管等“點(diǎn)”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分成許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)的一種功能器件。圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。因此在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
[1]
中文名
圖像傳感器
外文名
image sensor
別 名
感光元件
分 類(lèi)
CCD，CMOS
定 義
組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分
目錄
1
CCD
?
應(yīng)用
?
歷史
?
特點(diǎn)
2
CMOS
?
特點(diǎn)
?
歷史
?
市場(chǎng)
?
發(fā)展
3
技術(shù)參數(shù)
4
發(fā)展現(xiàn)狀
圖像傳感器CCD
編輯
語(yǔ)音
CCD是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，它的優(yōu)點(diǎn)是制造成本較CCD更低，功耗也低得多，這也是市場(chǎng)很多采用USB接口的產(chǎn)品無(wú)須外接電源且價(jià)格便宜的原因。盡管在技術(shù)上有較大的不同，但CCD和CMOS兩者性能差距不是很大，只是CMOS攝像頭對(duì)光源的要求要高一些，但該問(wèn)題已經(jīng)基本得到解決。CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜選擇元件尺寸較大的為好。圖像傳感器又叫感光元件。
圖像傳感器應(yīng)用
CMOS圖像傳感器
圖像傳感器
[2]
，或稱(chēng)感光元件，是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)和其他電子光學(xué)設(shè)備中。早期的圖像傳感器采用模擬信號(hào)，如攝像管（video camera tube）。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，市場(chǎng)和業(yè)界都面臨著跨越各平臺(tái)的視訊、影音、通訊大整合時(shí)代的到來(lái)，勾劃著未來(lái)人類(lèi)的日常生活的美景。以其在日常生活中的應(yīng)用，無(wú)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(lái)形容。短短的幾年，數(shù)碼相機(jī)就由幾十萬(wàn)像素，發(fā)展到400、500萬(wàn)像素甚至更高。不僅在發(fā)達(dá)的歐美國(guó)家，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)占有很大的市場(chǎng)，就是在發(fā)展中的中國(guó)，數(shù)碼相機(jī)的市場(chǎng)也在以驚人的速度在增長(zhǎng)，因此，其關(guān)鍵零部件——圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來(lái)業(yè)界關(guān)注的對(duì)象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類(lèi)別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD、CMOS以及CIS傳感器三種。本文將主要簡(jiǎn)介CCD以及CMOS傳感器的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
圖像傳感器歷史
感光器件是工業(yè)攝像機(jī)最為核心的部件，圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。CCD特有的工藝，具有低照度效果好、信噪比高、通透感強(qiáng)、色彩還原能力佳等優(yōu)點(diǎn)，在交通、醫(yī)療等高端領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。由于其成像方面的優(yōu)勢(shì)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)延續(xù)采用，但同時(shí)由于其成本高、功耗大也制約了其市場(chǎng)發(fā)展的空間。CCD與CMOS在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)，但隨著CMOS工藝和技術(shù)的不斷提升，以及高端CMOS價(jià)格的不斷下降，相信在安防行業(yè)高清攝像機(jī)未來(lái)的發(fā)展中，CMOS將占據(jù)越來(lái)越重要的地位。
CCD（Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗(yàn)室研制成功，之后由日商等公司開(kāi)始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多。CCD又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)（DSC）、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng)影像輸入產(chǎn)品上。
圖像傳感器特點(diǎn)
一般認(rèn)為，CCD傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：高解析度（High Resolution）：像點(diǎn)的大小為μm級(jí)，可感測(cè)及識(shí)別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。從1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到推出的1/9寸，像素?cái)?shù)目從10多萬(wàn)增加到400～500萬(wàn)像素；低雜訊（Low Noise）高敏感度：CCD具有很低的讀出雜訊和暗電流雜訊，因此提高了信噪比（SNR），同時(shí)又具高敏感度，很低光度的入射光也能偵測(cè)到，其訊號(hào)不會(huì)被掩蓋，使CCD的應(yīng)用較不受天候拘束；動(dòng)態(tài)范圍廣（High Dynamic Range）：同時(shí)偵測(cè)及分辨強(qiáng)光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號(hào)反差現(xiàn)象。良好的線性特性曲線（Linearity）：入射光源強(qiáng)度和輸出訊號(hào)大小成良好的正比關(guān)系，物體資訊不致?lián)p失，降低信號(hào)補(bǔ)償處理成本；高光子轉(zhuǎn)換效率（High Quantum Efficiency ）：很微弱的入射光照射都能被記錄下來(lái)，若配合影像增強(qiáng)管及投光器，即使在暗夜遠(yuǎn)處的景物仍然還可以偵測(cè)得到；大面積感光（Large Field of View）：利用半導(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的CCD晶片，與傳統(tǒng)底片尺寸相當(dāng)?shù)?5mm的CCD已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中，成為取代專(zhuān)業(yè)有利光學(xué)相機(jī)的關(guān)鍵元件；光譜響應(yīng)廣（Broad Spectral Response）：能檢測(cè)很寬波長(zhǎng)范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；低影像失真（Low Image Distortion）：使用CCD感測(cè)器，其影像處理不會(huì)有失真的情形，使原物體資訊忠實(shí)地反應(yīng)出來(lái)；體積小、重量輕CCD具備體積小且重量輕的特性，因此，可容易地裝置在人造衛(wèi)星及各式導(dǎo)航系統(tǒng)上；低秏電力不受強(qiáng)電磁場(chǎng)影響；9. 電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊；10. 可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。根據(jù)In-Stat在2001時(shí)對(duì)全球圖像傳感器的研究報(bào)告中指出，CCD產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占了全球98.5%的市場(chǎng)份額，在技術(shù)發(fā)展方面，較有特色的主要廠商應(yīng)為索尼、飛利普和柯達(dá)公司。
圖像傳感器CMOS
編輯
語(yǔ)音
圖像傳感器特點(diǎn)
CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。CMOS即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，主要是利用硅和鍺兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過(guò)CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的功能。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，CCD的使用最為廣泛，長(zhǎng)期以來(lái)都在市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此進(jìn)入高清監(jiān)控時(shí)代以后，CMOS逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)普遍采用CMOS感光器件。CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。不像由二級(jí)管組成的CCD，CMOS電路幾乎沒(méi)有靜態(tài)電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要問(wèn)題是在處理快速變換的影像時(shí)，由于電流變換過(guò)于頻繁而過(guò)熱，暗電流抑制的好就問(wèn)題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)噪點(diǎn)。已經(jīng)研發(fā)出720P與1080P專(zhuān)用的背照式CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。與表面照射型CMOS傳感器相比，背照式CMOS在靈敏度（S/N）上具有很大優(yōu)勢(shì)，顯著提高低光照條件下的拍攝效果，因此在低照度環(huán)境下拍攝，能夠大幅降低噪點(diǎn)。雖然以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的百萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)產(chǎn)品在低照度環(huán)境和信噪處理方面存在不足，但這并不會(huì)根本上影響它的應(yīng)用前景。而且相關(guān)國(guó)際大企業(yè)正在加大力度解決這兩個(gè)問(wèn)題，相信在不久的將來(lái)，CMOS的效果會(huì)越來(lái)越接近CCD的效果，并且CMOS設(shè)備的價(jià)格會(huì)低于CCD設(shè)備。安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢(shì)可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢(shì)。另外，CMOS響應(yīng)速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。
圖像傳感器歷史
與CCD相比，CMOS具有體積小，耗電量不到CCD的1/10，售價(jià)也比CCD便宜1/3的優(yōu)點(diǎn)。與CCD產(chǎn)品相比，CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝制程，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備，不需額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進(jìn)步。同時(shí)，全球晶圓廠的CMOS生產(chǎn)線較多，日后量產(chǎn)時(shí)也有利于成本的降低。另外，CMOS傳感器的最大優(yōu)勢(shì)，是它具有高度系統(tǒng)整合的條件。理論上，所有圖像傳感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暫存器、時(shí)序控制、CDS、ADC…等，都可放在集成在一顆晶片上，甚至于所有的晶片包括后端晶片（Back-end Chip）、快閃記憶體（Flash RAM）等也可整合成單晶片（SYSTEM-ON-CHIP），以達(dá)到降低整機(jī)生產(chǎn)成本的目的。正因?yàn)榇耍度胙邪l(fā)、生產(chǎn)的廠商較多，美國(guó)有30多家，歐洲7家，日本約8家，韓國(guó)1家，臺(tái)灣有8家。而居全球翹楚地位的廠商是Agilent(HP)，其市場(chǎng)占有率51%、ST(VLSI Vision)占16%、Omni Vision占13%、現(xiàn)代占8%、Photobit約占5%，這五家合計(jì)市占率達(dá)93%。根據(jù)In-Stat統(tǒng)計(jì)資料顯示，CMOS傳感器的全球銷(xiāo)售額到2004年可望突破18億美元，CMOS將以62%的年復(fù)合成長(zhǎng)率快速成長(zhǎng)，逐步侵占CCD器件的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在2013年快速發(fā)展的手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，以CMOS圖像傳感器為主的攝相模塊將占領(lǐng)其80%以上的應(yīng)用市場(chǎng)。
圖像傳感器市場(chǎng)
CMOS圖像傳感器屬于新興產(chǎn)品市場(chǎng)，其市場(chǎng)占有率變化不如成熟產(chǎn)業(yè)那般恒常不變，例如在1999年時(shí)，CMOS市場(chǎng)中，按照出貨比例排名依序?yàn)锳gilent、OmniVision、STM和Hyundai，其市場(chǎng)占有率分別為24%、22%、14%和14%，其中STM是歐洲廠商，Hyundai是韓國(guó)廠商；但只經(jīng)過(guò)一年后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，Agilent和OmniVision出貨排名順序仍然分居一、二，且市場(chǎng)占有率分別提升到37.7%和30.8%，而STM落居第四，市場(chǎng)占有率大幅滑落至4.8%，至于Hyundai更是大幅衰退只剩2.1%的市場(chǎng)占有率，值得一提的是Photobi在2000年度的大幅成長(zhǎng)，全球市場(chǎng)占有率快速成長(zhǎng)至13.7%，排名全球第三。這三家廠商出貨量就占全球出貨量的82.2%。從中可以分析，這個(gè)產(chǎn)業(yè)的廠商集中度相當(dāng)密集，所以觀察上述三家廠商的動(dòng)態(tài)和發(fā)展，可看出許產(chǎn)業(yè)和技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向。Agilent主要的產(chǎn)品為第二代的CIF（352*288）HDCS-1020和第二代的VGA（640*480）HDCS-2020，主要應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī) 、行動(dòng)電話、PDA、PC Camera等新興的資訊家電產(chǎn)品之中，此外Agilent在2000年另一成功策略是和Logitech與Microsoft這兩家公司策略聯(lián)盟，打入了光學(xué)鼠標(biāo)產(chǎn)品領(lǐng)域，但是這是非常低階的CMOS產(chǎn)品，而且不是為了捕捉影像 ，所以在做影像感測(cè)器的全球統(tǒng)計(jì)時(shí)并未將此數(shù)量一并加入，但是此舉可看出Agilent以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)軍光學(xué)元件的規(guī)劃意圖。OmniVision它主要的產(chǎn)品包括︰CIF（352 x 288）、VGA（640 x 480）、SVGA（800 x 600）和SXGA（1280 x 1024）。Omnivision開(kāi)發(fā)的130萬(wàn)像素等級(jí)的CMOS圖像傳感器正在被業(yè)界大量應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中。業(yè)界一般認(rèn)為，百萬(wàn)像素為使用CMOS和CCD的分水嶺，CMOS成功跨進(jìn)這一市場(chǎng)，足以說(shuō)明CMOS技術(shù)發(fā)展對(duì)市場(chǎng)的滲透度，未來(lái)可能將取代CCD成為中低檔影像產(chǎn)品的不留應(yīng)用。Omnivision在2001年5月開(kāi)發(fā)的CIF(352 x 288)等級(jí)的CMOS傳感器，其特色為低秏電，目標(biāo)市場(chǎng)定位在移動(dòng)電話上，其產(chǎn)品發(fā)展策略和各大研究調(diào)查機(jī)構(gòu)不謀而合，在移動(dòng)電話市場(chǎng)上，CMOS模組的攝相模塊已經(jīng)成為移動(dòng)通訊應(yīng)用的最大量產(chǎn)品。Photobit在2000年獲得較大成功。2001年P(guān)hotobit率先研發(fā)出PB-0330產(chǎn)品型號(hào)的CMOS圖像傳感器，此產(chǎn)品特色具備單一晶片邏輯轉(zhuǎn)數(shù)位的變頻器，它是第二代1/4寸的VGA（640 x 480），同時(shí)也推出PB-0111產(chǎn)品型號(hào)的CMOS影像感測(cè)器，是第二代1/5寸的CIF（352 x 288）。Photobit推出這兩種產(chǎn)品主要針對(duì)數(shù)碼相機(jī)和PC Camera的數(shù)位化產(chǎn)品，和OmniVision CIF（352 x 288）定位在行動(dòng)電話市場(chǎng)上有所區(qū)隔，其推出CIF（352 x 288）和VGA（640 x 480）這兩種不同解析程度的影像感測(cè)器，行銷(xiāo)范圍意圖含蓋低階和中高階市場(chǎng)。
圖像傳感器發(fā)展
2013年業(yè)界發(fā)展了CMOS圖像傳感器新技術(shù)--C3D。C3D技術(shù)的最大特點(diǎn)就是像素反應(yīng)的均一性。C3D技術(shù)重新定義了成像器的性能（即把系統(tǒng)的整體性能包括在內(nèi)）并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標(biāo)準(zhǔn)性能。2014年初，美國(guó)Foveon公司公開(kāi)展示了其最新發(fā)展的Foveon X3技術(shù)，立即引起業(yè)界的高度關(guān)注。Foveon X3是全球第一款可以在一個(gè)像素上捕捉全部色彩的圖像傳感器陣列。傳統(tǒng)的光電耦合器件只能感應(yīng)光線強(qiáng)度，不能感應(yīng)色彩信息，需要通過(guò)濾色鏡來(lái)感應(yīng)色彩信息，我們稱(chēng)之為Bayer濾鏡。而Foveon X3在一個(gè)像素上通過(guò)不同的深度來(lái)感應(yīng)色彩，最表面一層感應(yīng)藍(lán)色、第二層可以感應(yīng)綠色，第三層感應(yīng)紅色。它是根據(jù)硅對(duì)不同波長(zhǎng)光線的吸收效應(yīng)來(lái)達(dá)到一個(gè)像素感應(yīng)全部色彩信息，已經(jīng)有了使用這種技術(shù)的CMOS圖像傳感器，其應(yīng)用產(chǎn)品是“Sigma SD9”數(shù)碼相機(jī)。這項(xiàng)革新技術(shù)可以提供更加銳利的圖像，更好的色彩，比起以前的圖像傳感器，X3是第一款通過(guò)內(nèi)置硅光電傳感器來(lái)檢測(cè)色彩的。Foveon X3的技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體感光技術(shù)來(lái)說(shuō)有很大的突破，也有顛覆傳統(tǒng)技術(shù)的效果，相信Foveon X3會(huì)有很好的前景。在高分辨率像素產(chǎn)品方面，日前臺(tái)灣銳視科技已領(lǐng)先業(yè)界批量推出了210萬(wàn)像素的CMOS圖像傳感器，而且已有美商與臺(tái)灣的光學(xué)鏡頭廠合作，將在第三季推出此款CMOS傳感器結(jié)合鏡頭的模組，CMOS應(yīng)用已經(jīng)開(kāi)始在200萬(wàn)像素?cái)?shù)碼相機(jī)產(chǎn)品中應(yīng)用。對(duì)比CCD提供很好的圖像質(zhì)量、抗噪能力和相機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的靈活性。盡管由于增加了外部電路使得系統(tǒng)的尺寸變大，復(fù)雜性提高，但在電路設(shè)計(jì)時(shí)可更加靈活，可以盡可能的提升CCD相機(jī)的某些特別關(guān)注的性能。CCD更適合于對(duì)相機(jī)性能要求非常高而對(duì)成本控制不太嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，如天文，高清晰度的醫(yī)療X光影像、和其他需要長(zhǎng)時(shí)間曝光，對(duì)圖像噪聲要求嚴(yán)格的科學(xué)應(yīng)用。CMOS是能應(yīng)用當(dāng)代大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)工藝來(lái)生產(chǎn)的圖像傳感器，具有成品率高、集成度高、功耗小、價(jià)格低等特點(diǎn)。CMOS技術(shù)是世界上許多圖像傳感器半導(dǎo)體研發(fā)企業(yè)試圖用來(lái)替代CCD的技術(shù)。經(jīng)過(guò)多年的努力，作為圖像傳感器，CMOS已經(jīng)克服早期的許多缺點(diǎn)，發(fā)展到了在圖像品質(zhì)方面可以與CCD技術(shù)較量的水平。CMOS的水平使它們更適合應(yīng)用于要求空間小、體積小、功耗低而對(duì)圖像噪聲和質(zhì)量要求不是特別高的場(chǎng)合。如大部分有輔助光照明的工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用、安防保安應(yīng)用、和大多數(shù)消費(fèi)型商業(yè)數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用。
圖像傳感器技術(shù)參數(shù)
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語(yǔ)音
了解CCD和CMOS芯片的成像原理和主要參數(shù)對(duì)于產(chǎn)品的選型時(shí)非常重要的。同樣，相同的芯片經(jīng)過(guò)不同的設(shè)計(jì)制造出的相機(jī)性能也可能有所差別。CCD和CMOS的主要參數(shù)有以下幾個(gè)：1. 像元尺寸像元尺寸指芯片像元陣列上每個(gè)像元的實(shí)際物理尺寸，通常的尺寸包括14um,10um, 9um , 7um , 6.45um ,3.75um 等。像元尺寸從某種程度上反映了芯片的對(duì)光的響應(yīng)能力，像元尺寸越小，能夠接收到的光子數(shù)量越多，在同樣的光照條件和曝光時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電荷數(shù)量越多。對(duì)于弱光成像而言，像元尺寸是芯片靈敏度的一種表征。2. 靈敏度靈敏度是芯片的重要參數(shù)之一，它具有兩種物理意義。一種指光器件的光電轉(zhuǎn)換能力，與響應(yīng)率的意義相同。即芯片的靈敏度指在一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號(hào)電壓（電流），單位可以為納安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦（V/W）、伏/勒克斯（V/Lux）、伏/流明（V/lm）。另一種是指器件所能傳感的對(duì)地輻射功率（或照度），與探測(cè)率的意義相同，。單位可用瓦（W）或勒克斯（Lux）表示。3. 壞點(diǎn)數(shù)由于受到制造工藝的限制，對(duì)于有幾百萬(wàn)像素點(diǎn)的傳感器而言，所有的像元都是好的情況幾乎不太可能，壞點(diǎn)數(shù)是指芯片中壞點(diǎn)（不能有效成像的像元或相應(yīng)不一致性大于參數(shù)允許范圍的像元）的數(shù)量，壞點(diǎn)數(shù)是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)。4. 光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)是指芯片對(duì)于不同光波長(zhǎng)光線的響應(yīng)能力，通常用光譜響應(yīng)曲線給出。從產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，無(wú)論是CCD還是CMOS，其體積小型化及高像素化仍是業(yè)界積極研發(fā)的目標(biāo)。因?yàn)橄袼爻叽缧t圖像產(chǎn)品的分辨率越高、清晰度越好、體積越小，其應(yīng)用面更廣泛。從上述二種圖像傳感器解析度來(lái)看，未來(lái)將有幾年時(shí)間，以130萬(wàn)像素至200萬(wàn)像素為界，之上的應(yīng)用領(lǐng)域中，將仍以CCD主流，之下的產(chǎn)品中，將開(kāi)始以CMOS傳感器為主流。業(yè)界分析2014年底至2015初，將有300萬(wàn)像素的CMOS上市，預(yù)測(cè)CMOS市場(chǎng)應(yīng)用超越CCD的時(shí)機(jī)一般在2004年-2005年。
圖像傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
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語(yǔ)音
圖像傳感器的視訊比是給定的，使用高清(HD)分辨率1080p，攝像機(jī)設(shè)計(jì)正朝使用更小的光學(xué)格式發(fā)展，導(dǎo)致需要更小的像素結(jié)構(gòu)，以降低整體系統(tǒng)成本，同時(shí)不影響圖像性能或光靈敏度。CCD圖像傳感器由于靈敏度高、噪聲低，逐步成為圖像傳感器的主流。但由于工藝上的原因，敏感元件和信號(hào)處理電路不能集成在同一芯片上，造成由CCD圖像 傳感器組裝的攝像機(jī)體積大、功耗大。CMOS圖像傳感器以其體積小、功耗低在圖像傳感器市場(chǎng)上獨(dú)樹(shù)一幟。但最初市場(chǎng)上的CMOS圖像傳感器，一直沒(méi)有擺脫 光照靈敏度低和圖像分辨率低的缺點(diǎn)，圖像質(zhì)量還無(wú)法與CCD圖像傳感器相比。如果把CMOS圖像傳感器的光照靈敏度再提高5倍～10 倍，把噪聲進(jìn)一步降低，CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量就可以達(dá)到或略微超過(guò)CCD圖像傳感器的水平，同時(shí)能保持體積小、重量輕、功耗低、集成度高、價(jià)位低 等優(yōu)點(diǎn)，如此，CMOS圖像傳感器就會(huì)取代CCD圖像傳感器，并且發(fā)展出更好的功效。由于CMOS圖像傳感器的應(yīng)用，新一代圖像系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制得到了 極大的發(fā)展，并且隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的形成，其生產(chǎn)成本也得到降低。CMOS圖像傳感器的畫(huà)面質(zhì)量也能與CCD圖像傳感器相媲美，這主要?dú)w功于圖像傳感器 芯片設(shè)計(jì)的改進(jìn)，以及亞微米和深亞微米級(jí)設(shè)計(jì)增加了像素內(nèi)部的新功能。實(shí)際上，更確切地說(shuō)，CMOS圖像傳感器應(yīng)當(dāng)是一個(gè)圖像系統(tǒng)。一 個(gè)典型的CMOS圖像傳感器通常包含：一個(gè)圖像傳感器核心(是將離散信號(hào)電平多路傳輸?shù)揭粋€(gè)單一的輸出，這與CCD圖像傳感器很相似)，所有的時(shí)序邏輯、 單一時(shí)鐘及芯片內(nèi)的可編程功能，比如增益調(diào)節(jié)、積分時(shí)間、窗口和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。事實(shí)上，當(dāng)一位設(shè)計(jì)者購(gòu)買(mǎi)了CMOS圖像傳感器后，他得到的是一個(gè)包括圖像陣 列邏輯寄存器、存儲(chǔ)器、定時(shí)脈沖發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的全部系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的CCD 圖像系統(tǒng)相比，把整個(gè)圖像系統(tǒng)集成在一塊芯片上不僅降低了功耗，而且具有重量較輕，占用空間減少以及總體價(jià)格更低的優(yōu)點(diǎn)。
[3]
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小刀馬
IT獨(dú)立觀察家，互聯(lián)網(wǎng)金融觀察家。
手機(jī)雖然沒(méi)落了，但在圖像傳感器市場(chǎng)索尼還能獨(dú)占鰲頭
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2019-08-0929
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青島軟媒網(wǎng)絡(luò)科技有限公司,優(yōu)質(zhì)數(shù)碼領(lǐng)域創(chuàng)作者
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三星電子業(yè)界首發(fā)1億8百萬(wàn)像素手機(jī)圖像傳感器
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喵芯聞
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[科普]圖像傳感器
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參考資料
1.
祝詩(shī)平．傳感器與檢測(cè)技術(shù)：北京大學(xué)出版社，中國(guó)林業(yè)出版社，2006年：209
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圖像傳感器最新新聞資訊
．OFweek傳感器網(wǎng)[引用日期2016-07-21]
3.
圖像傳感器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
．傳感器應(yīng)用網(wǎng)[引用日期2016-05-24]
ccd圖像傳感器的應(yīng)用：淺析視覺(jué)CCD圖像傳感器
視覺(jué)傳感器的圖像采集單元主要由CCD/CMOS相機(jī)、光學(xué)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)和圖像采集卡組成，將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，傳遞給圖像處理單元。通常使用的圖像傳感器主要有CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器兩種。
CCD圖像傳感器：
CCD及電子耦合組件，它就像傳統(tǒng)相機(jī)的底片一樣的感光系統(tǒng)，是感應(yīng)光線的電路裝置。CCD圖像傳感器由微鏡頭、濾色片、感光元件三層組成。CCD圖像傳感器的每一個(gè)感光元件由一個(gè)光電二極管和控制相鄰電荷的存儲(chǔ)單元組成光電管用于捕捉光子用，它將光子轉(zhuǎn)化為電子，收集到的光線越強(qiáng)，產(chǎn)生的電子數(shù)量就越多，而電子信號(hào)越強(qiáng)則越容易被記錄且不易丟失，圖像細(xì)節(jié)則更加豐富。
成像原理
使用二極管將光線轉(zhuǎn)換為電荷，當(dāng)拍攝者對(duì)焦完畢按下快門(mén)的時(shí)候，光線通關(guān)打開(kāi)的快門(mén)通過(guò)馬賽克色塊射入在CCD圖像傳感器上，感光二極管在接受光電子的裝機(jī)后釋放電子，所產(chǎn)生電子的數(shù)目與該感光二極管感應(yīng)到的光成正比。在本次曝光結(jié)束之后，每個(gè)感光二極管含有不同數(shù)量的電子，而我們?cè)陲@示器上面看到的數(shù)碼圖像就是通過(guò)電子數(shù)量的多與少來(lái)進(jìn)行表示和存儲(chǔ)，然后控制電路從CCD中讀取圖像，進(jìn)行紅R、綠G和藍(lán)B三原色合成，并且放大和將其數(shù)字化，這些數(shù)字信號(hào)并存入數(shù)碼相機(jī)的緩存內(nèi)，最后寫(xiě)入相機(jī)的移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)完成數(shù)碼相片拍攝。
優(yōu)點(diǎn)
高解析度、低雜訊、高靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍廣、良好的線性特性曲線、大面積感光、低影像失真、提為、重量輕、低耗電、不收磁場(chǎng)影響、電荷傳輸效率佳、可大批量生產(chǎn)、品質(zhì)穩(wěn)定、堅(jiān)固、不易老化。
缺點(diǎn)
隨著CCD應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，其缺點(diǎn)逐漸暴露：首先，CCD芯片技術(shù)工藝復(fù)雜，不能與標(biāo)準(zhǔn)的工藝兼容，其次，CCD技術(shù)芯片需要的電壓功耗大，因此CCD技術(shù)芯片價(jià)格昂貴且使用不便。
