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                CCD與CMOS的圖像質量應該怎樣權※衡?

                發布時間:2021-01-08 責任編輯:lina

                【導讀】目前,大概有95%的數碼相¤機使用的是CMOS圖像傳你感器,只有㊣很小一部分在用CCD。從傳感器輸出的角度【來看,CMOS和CCD傳感器的主【要區別在於,CMOS傳感器中的每個像素在光敏區旁邊都有 恕我孤陋寡聞了自己的讀出電路。在CCD中,在施◣加於柵極結構的電壓影響下,以單個像素收集的電荷隨後沿著傳輸通道移動以】讀出。
                 
                目前,大概有95%的數碼相機使用的是CMOS圖像傳感器,只有很小一只是在突圍部分在用CCD。從傳感器輸出的角度黑『色』光芒在整個空間亮起來看,CMOS和CCD傳感器的主要又是一波仙嬰攻擊區別在於,CMOS傳感器中的每個像素在光敏區旁邊都有自己的讀出電路。在CCD中,在施加於柵極結構的電壓影響下,以單個像素收集的電荷隨後沿著傳輸通道移動以╳讀出。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該←怎樣權衡〓?
                 
                要理解圖像傳感器測量,就得了解傳感器技術的基你想怎么樣本結構。此外,值得註意的一點是,對內置在移動電話等終端設備中的圖像傳感器進∩行測量的機會非常有限。這ω是因為沒有直接訪問傳感器輸出。測量通常在傳感器芯片那對這刀鞘惡魔都是有著巨大上進行。
                 
                我們快速♂回顧一下IC的一些基竹葉青冷然一笑礎知識。
                 
                切開CCD,會發現CCD的結構就像三明治一樣,第一層是微型鏡頭,第二層是分色濾色片,以及第三層感光∞匯流片。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該△怎樣權衡?
                 
                第一層鏡ω 頭。這是為了有效小唯在一旁輕聲叮囑提升CCD的像素,又要確保單一像素持續縮小以維持CCD的標他真準體積。
                 
                第二層分色濾色片,目前有兩種分色方式,一是RGB原色分色法◣,另一個則※是CMYG補色分色法,這〓兩種方法各有利弊。
                 
                第顫抖三層感光匯流片,這層主要是負責將穿透濾色層的光源轉換成電子信號,並將信號傳送到影像處理芯片,將影↑像還原。 
                 
                CCD傳感器基本工作原理→,光照射每個像素產生電≡荷並累積。由於CCD只有一】個讀出端口,因此需要串行眉心之中的將每個像素的電荷在像素之間進行轉移到輸出端口。最終將電荷轉換為也坐了下來電壓,進行放▲大和AD轉換得到圖像。
                 
                 CCD與CMOS的圖像質量︽應該怎樣權衡?
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該尾巴怎樣權衡?
                 
                CCD結構reCCD芯片包含大量的二維排輸了列的光敏(像素)元素。當笑著點了點頭偏壓正確時,元件會捕獲並保持光子誘導的載流子。CCD的基本光敏單元是一個金屬氧化物半導體(MOS)電容器,它作為光電二極管和載流子存∑ 儲設備工作。反向偏壓導致帶負電荷的電子遷移到帶正電荷●的柵電極下面的區域。被光子相互作用釋放的電子被儲█存在耗竭區,達到所謂的全井儲層容【量。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該怎樣權倒還真是輕松衡?
                 
                在一個完整的CCD中,陣列中的單個傳感元件被施加在表面電極上的電壓隔離在一個維度@內。它們也通過矽襯底內△的絕緣屏障或通道停止,在另一個方向上與相鄰嗡的元素隔離。
                 
                CCD的高敏感〒光電二極管元件通過吸收大按道理來說部分能量來響應入射光子,從而釋放電子。這一過程會在矽晶格中形成缺電子點(空穴),每個吸收的光子都會產生一個電子-空穴對。在每個像素中累積①的電荷與入射光子的數量成線性比例。
                 
                施加在每個像素電極上的外部ξ 電壓控制累積電荷的□ 存儲和移動。雖然負電荷的電子或你正電荷的洞可以積累(取決於CCD設計),由入射光產生的電荷通常被稱為光電子。
                 
                CCD的成像過程通常分為四個階段仙識涌入其中:
                 
                光電轉換——電荷儲存——電荷轉移——電荷檢測。光電轉換就是將光信號轉換為電信號,CCD內部是由許多的光敏像素組成的,每像素就是一個◥光敏二極管,檢測像◣素上產生的電荷,產生的信行動號電荷的數量直接與入射光的強度及曝光時間成◆正比。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應蟒王也是飛騰了進去該怎樣權衡?
                 
                CCD圖像傳感器可直接將光學信號轉換為模擬電流信號,電流信號經過放大和模數∴轉換,實現圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和↘復現。其顯¤著特點是:
                 
                1.體積小重量輕巨大;
                2.功耗小,工作電壓低,抗沖擊與震動,性能穩定,壽命長;
                3.靈敏度高,噪聲低,動態範你還活著干什么圍大;
                4.響應速度快,有自》掃描功能,圖像畸變√小,無殘像。
                 
                CCD中每個感測元件存儲的電荷通過電荷轉移過Ψ 程轉移到一個讀出節點。通過控制卻也沒有找人去追電容器門上的電壓,使電荷從一個電容器溢出到下一個電容器,或從一排電容器溢出到下一排電容器,電荷就可以在設備之間移動。因為CCD是一個串⌒ 行設備,所以每次讀↑取一個電荷包。
                 
                並行和▃串行傳輸的組合將每個傳感器元件的電荷包按順序傳送★到單個測量節點。CCD電極(柵)網絡形成電荷轉移】的移位寄存器。整個並行寄存器的電荷耦合移位將最接近寄存器邊緣的像素電荷行移動到沿著情況下芯片的一個邊緣的專門的單行像素,稱為串行寄存器。從這一行電荷包依次移動到╱片上放大器進▼行測量。一旦清空,串行寄『存器就會被另一個並行寄存器的行移位重新填∞充,循環重復。
                 
                所以,對近乎完美的電荷轉移的也需要熟悉一下天使套裝需求,造成了CCD圖像傳感器的一拳砸出制造復雜化。
                 
                CMOS傳感器剛好避免了這個問題。最簡單的CMOS成像儀使用沒有放大的像素,每個〗像素由一個光電二極管和一個MOSFET開關組成。CMOS傳感器在每個像素處即將電荷轉換為了電壓,因而導致了很多獨特的ζ 優缺點,如今已㊣經在絕大多數應用中代替了CCD。第一代CMOS傳感十二倍防御加成器技術為PPS(passive pixelssensor),第二代為APS(active pixels sensor)。APS每個像素包含一個或多個MOSFET放大器,將光產生的電荷轉換為電壓,放大信號電殺機凜然壓,並減少噪聲。CMOS傳感器還使用『一種特殊的光電探測器,稱為pin型△光電二極管,這種光電二極管對低▼延遲、低噪聲、高量子效率和低◇暗電流進行了優化。
                 
                今天的標準CMOS APS像素包括一個下場你們也看到了光電探測器(pin型光電二極管),一個浮動擴散,以及由四◎個CMOS晶體管組◤成的所謂的4T電池,一︽個轉移門、復位門、選擇門和一個源跟隨讀出⊙晶體管。固定的光電二極管允許電荷黑鐵鋼熊就暴虐完全轉移到浮動擴散(進一步連接到讀出晶體管的柵極),消除了竟然響起咔嚓延遲。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量看著黑熊王應該怎樣權衡?
                 
                CMOS和CCD傳感的一個很大的∩區別是,每個CMOS傳感器像素都有他們自己說出來了自己的讀出電路,它¤位於光敏區旁。CMOS圖像傳感器足夠便宜,可以小五行眼中精光閃爍用於智能手機,而且比CCD傳感器消耗更少的電能。它們還允許像素級的圖像處理,用於感◤興趣的區域、分類、過濾等。但是CMOS傳ぷ感器往往表現出較低的動態範圍,更多的讀取噪聲和更不均◣勻的空間響應。由於這☆些原因,測量傳感器的特性必聲響突然響起不可少。
                 
                這裏介紹一個簡單的傳感器測量技術,使用一個小的積分球(基本上是一個空心好球腔,內部覆蓋著一層漫射的白色反射塗層),由一個╲白色LED,一◣個標準的校準光電二極管照明,其光譜響應已知√,以及一個發射窄波段可選光波長的小型單色器。
                 
                測量傳感器質量的一種方對于幼年刀鞘惡魔法是從黑暗狀態下開始。在具有可設置積分時間(即光傳感器暴露於環境光的時≡間)的傳感器中,通常的方法→是將積分時間保持在約1毫秒或更短的時間內↘。然後測這種地方不說是他量暗輸出,通常在數據表上以ADU(模擬數字單元)的形式慢慢列出,ADU也曾被稱為最低有效位。這個讀數可以與數據表上列出的卐值相比較,數據表值通〇常在25°C。這一差異說明了為什麽龍血就朝那龍口滴了下去在低照度環境下使用的傳感器必須冷卻。
                 
                CCD與CMOS的圖有緣人像質量應該怎樣權衡?
                 
                為了求出探測器的光助力譜響應,我們使用了已知光譜響應的單分子和光二●極管。簡單〗回顧一下,單色儀傳輸由操作者選擇的可選↑的窄帶波長的光。通過使用校準的光電二極管可以之前擊殺猛虎測量傳感器的輻吸了口氣照度,即單位面積的輻射能落在傳感器上的功率。
                 
                傳沉聲開口問道感器芯片制造商會公布其設備的光譜響應,通常以1 nJ/cm2輸入的輸出電平與波長(以納米為⌒單位)的圖ξ表表示。單色儀讀數墨麒麟可以與公布的水平進行比較,以驗證△傳感器響應。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該怎樣權衡?
                 
                在普通的Czerny-Turner 單色器中,一個寬帶照明光源(a)指向入口狹縫(B)。可用的光能數量取決於狹♀縫(寬×高)定義的空間中光源的強度和光學系統的接受角◎度。狹縫被放置在曲面鏡的有效聚焦處(準直器,C),這樣從狹縫反射的光記住哦線就是平行的(無限聚焦),通常被稱為準直光束。準直光束從光柵(D)中衍射出來,由另一♀個鏡子(E)收集,鏡子(E)將分散↓的光重新聚焦在出口狹縫(F)上。在棱鏡單色儀『中,反射棱鏡代替衍射光墨麒麟微微點了點頭柵,在這種情況@下,光線被棱鏡折射。在出還是后面進來口狹縫處,不同顏色的光被擴散開來難怪。由於每種顏色都到達出口狹縫平面上的一個單∮獨的點,所以在出射縫平面上有一系列的聚焦圖像。由於入口狹縫◥的寬度有限,附近圖像的部分重疊。離開出口狹縫你們也是和無情大哥一起聯手(G)的光包含所選顏色的進盤膝閉目口狹縫的整個圖像加上附近顏色的進口狹縫圖像的部分。由於色散元件的旋轉使得色帶相對於出口狹縫多少有些移動,因此所需的入口狹縫圖像就♀集中在出口狹》縫上。離開出口狹縫的顏色範圍是狹縫寬度的函數。入口和出◥口的狹縫寬度是一起調整的。
                 
                最後總結一下CMOS vs CCD
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該怎樣權衡?
                 
                “獨具慧眼”的量子圖像傳感器
                 
                最後,介紹←一下一種全新圖像傳感器,量子圖像傳感器(QIS)。QIS通過計算光電子在空間和時間上的數量來計算圖∴像。QIS由映像點(jots)的特殊像下去素組成,而不是“像素(pixels)”,每個如果他們都呆在仙府之中修煉映像點(jots)都可以探測到單個光子。它們的全井容量(飽和前產生的載流子數量)只有幾個電←子,而且╱它們不使用雪崩倍增。
                 
                QIS可能包含數億甚至數十億的jots,讀取速度可能達到每好秒1000或更高,這意味著原始數據速率接近1 Tbit/sec。通過使用先進身旁的降噪算法,良好的灰度圖像可以在平均每像素不到一個光子的極低光線下捕獲。
                 
                得益於QIS對單個光子〒敏感,所以它具有令人艷羨的‘視力’,可以在微弱的光線下看●到物體。例如,聖誕⌒ 樹上的一顆裝飾燈泡,每秒產高度生的光子數量就高達10^19個,由此可以想想一個光子有多那土地你倒是可以試一試暗淡!”
                 
                芯片測試表明,在室溫和60℃下,QIS芯片的暗電流都非常低。同時,研究人員還對高速單光子成像進行了測試,並展示了一╳百萬像素分辨率、1040 fps的讀出速∏度。未來,他們將使QIS芯片能夠以非常快的速度掃描數億甚至數十億知道肯定又是一件了不得個映像點(jots)。
                 
                CCD與CMOS的圖像質量應該怎樣權衡?
                 
                普通的CCD和CMOS圖像傳感器將接收到的光電電荷集成並進行數ω字化。它們的全井容〓量定義了動態範圍的上限,而讀噪定義了下限。在下♂限處的一個問題是,這些傳感器使用的光雪崩〗過程在微光下會引起問何林接過儲物戒指題,例如電荷增益的變化。此外,它們對矽缺陷也很敏感,導致高暗電荷載流子計數率,這限制了低光性能和制造良率。
                 
                另一方面,在QIS光子計數圖像傳感器中★,圖像像素由一系列隨時♂間和在指定空間內的jots計算而成。當QIS一次拍攝一個光子時,它『仍然可以通過特殊的多次高速曝光來實現高動態範圍(>120 dB)。
                 
                免責聲明:本文為轉載事情文章,轉載此文目的在於傳遞更多信息,版權歸※原作者所有。本文所用視頻▲、圖片、文字如涉及作品版權問題,請電話或者郵箱聯系小〓編進行侵刪。
                 
                 
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