影像傳感���(shù)碼相�的核�,也是最�(guān)鍵的技�(shù)。在傳統(tǒng)的相機中,膠片是一種感光材�,經(jīng)過某種特定的化學(xué)藥品處理后,它會把拍攝到的影像記錄下�。數(shù)碼相機中,影像傳感器代替了膠片的位置,形成了電子影像�
固態(tài)影像傳感�( solid state image sensors)技�(shù)起源�20世紀60年代�,它通過將光子轉(zhuǎn)換為電荷并記錄在存儲介質(zhì)中以實現(xiàn)�(shù)字圖像的獲取( SHORTISet al�1996)。當前應(yīng)用的固態(tài)影像傳感器類型主要有CCD、CMOS、JFETLBCAST、Foveon X3、Live MOS�,其中應(yīng)用最多的是CCD和CMOS傳感��
除了起感光作用的光電管以�,影像傳感器還包括一系列的其他構(gòu)件為了更好地利用光線。在每一像素前都裝有微透鏡,該透鏡起到“捆綁”光束的作用。微透鏡能夠減少邊緣光的損失。不同于傳統(tǒng)膠片,影像傳感器的光電二極管難以對傾斜射入的邊緣光束加以利用,照片四周較�。微透鏡能使傳感器邊角處的光線也能垂直射入單個的光電��
單個光電管只能記錄亮度�,也就是�,光電管是“色盲�。為了拍出彩色照�,在光電二極管的前一層加裝了�、綠、藍三原色濾色鏡�
拜耳濾鏡中,各濾鏡之間的比例關(guān)系為�25%、藍25%、綠50%。電腦屏幕上的所有色彩都是由這三種色彩按照不同比例混合而成的。如果三種色彩全部記錄下光量,像素顯示為白色。反�,如果三原色什么都沒記錄下�,像素顯示為黑色。紅、綠、藍三種色彩相互疊加得到的各種色�,涵蓋了人眼視力所能感知的所有色�。綠色之所以占到一半,是因為人眼對綠色更加敏感�
傳感器前裝有一系列濾鏡,用于消除不想要的效�。基本上每臺�(shù)碼相機都裝有低通濾鏡低通濾鏡加裝在相機的傳感器�,允許低頻光線通過,阻擋高頻光�。低通濾鏡的作用在于減弱摩爾�。磨爾紋是一種因�(shù)碼相機的感光元件受到高頻干擾,而在圖像上出�(xiàn)的彩色的、形狀不規(guī)律的干涉條紋。如果數(shù)碼相機感光元件的空間頻率與被攝對象的空間頻率接近,就會產(chǎn)生摩爾紋。如果鏡頭的分辨率小于感光元件的空間頻率,影像中就不會出�(xiàn)與感光元件空間頻率相近的條紋,也就不會產(chǎn)生摩爾紋。但�,目前的技�(shù)水平有限,只能靠加入低通濾鏡來減弱摩爾紋。然�,低通濾鏡有一弊端,那就是它會大大降低相機的成像銳�,影響畫�(zhì)�
1、電荷藕合組件圖像傳感器CCD(ChargeCoupledDevice�。CCD是半�(dǎo)體組�,于1970年由美國貝爾(Bell)實驗室發(fā)明。CCD其實是一組可以進行"光電�(zhuǎn)�"的光電體,當光通過鏡頭聚焦形成影像后,CCD便會將影像的光訊號轉(zhuǎn)換為電訊號(電壓�。光量愈大,釋放出的電子�(shù)量愈�,電訊號亦愈強,像素的顯示則會愈�。在CCD上組成畫面的最小單位被稱為像素,每個光電體亦即等于一個像�。每塊CCD所含像素的�(shù)目與大小都與影像�(zhì)素有著直接關(guān)系。像素愈�,輸出的影像�(zhì)素便愈高�
2、互補性氧化金屬半�(dǎo)體CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor�,和CCD一樣同為在�(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)�。CMOS的制造技�(shù)和一般計算機芯片沒什么差�,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半�(dǎo)�,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電)和P(帶+電)級的半導(dǎo)�,這兩個互補效�(yīng)所�(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影��
像敏單元以及�(shù)�(jù)處理和傳送方式的不同�(dǎo)致CCD和CMOS傳感器在性能上有所差異,主要體�(xiàn)在以下幾方面�
1、CCD像敏單元中沒有信號放大裝�,感光二極管可以占據(jù)像敏單元表面較大的面積(開口率)。因�,CCD的光利用效率、動�(tài)范圍以及感光度等性能都優(yōu)于CMOS。同�,由于像敏單元可以做得很�,在相同面積上CCD能夠排列更多的像敏單�,其分辨率也高于CMOS�
2、CCD中不同像敏單元輸出的電信號進行�(tǒng)一放大,其噪聲低于CMOS。另一方面,由于CMOS中各像敏單元單獨對其信號進行放大,很難保證所有放大器放大倍數(shù)的一致�,故更易�(dǎo)致像素響�(yīng)的不均勻��
3、CCD需要外加電壓才能使電荷移動,并且不同的垂直寄存器需要的電壓不一�,要用專用的電源管理電路。因�,CCD的功耗比同尺寸的CMOS高�
4、CCD需要使用專門的制造設(shè)備,而且一個單元的損壞會造成整列報廢,因而其成品率低,生�(chǎn)成本和技�(shù)門檻較�。CMOS傳感器采用一般半�(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝,技�(shù)相對成熟,制造成本較�,更易于普及�
總體而言,CCD的成像性能�(yōu)于CMOS。因�,在攝影測量�(lǐng)域應(yīng)盡可能地采用基于CCD傳感器的�(shù)碼相機�
像敏單元以及�(shù)�(jù)處理和傳送方式的不同�(dǎo)致CCD和CMOS傳感器在性能上有所差異,主要體�(xiàn)在以下幾方面�
1、CCD像敏單元中沒有信號放大裝�,感光二極管可以占據(jù)像敏單元表面較大的面積(開口率)。因此,CCD的光利用效率、動�(tài)范圍以及感光度等性能都優(yōu)于CMOS。同�,由于像敏單元可以做得很�,在相同面積上CCD能夠排列更多的像敏單元,其分辨率也高于CMOS�
2、CCD中不同像敏單元輸出的電信號進行�(tǒng)一放大,其噪聲低于CMOS。另一方面,由于CMOS中各像敏單元單獨對其信號進行放大,很難保證所有放大器放大倍數(shù)的一致�,故更易�(dǎo)致像素響�(yīng)的不均勻��
3、CCD需要外加電壓才能使電荷移動,并且不同的垂直寄存器需要的電壓不一樣,要用專用的電源管理電�。因�,CCD的功耗比同尺寸的CMOS��
4、CCD需要使用專門的制造設(shè)�,而且一個單元的損壞會造成整列報廢,因而其成品率低,生�(chǎn)成本和技�(shù)門檻較�。CMOS傳感器采用一般半�(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝,技�(shù)相對成熟,制造成本較�,更易于普及�
總體而言,CCD的成像性能�(yōu)于CMOS。因�,在攝影測量�(lǐng)域應(yīng)盡可能地采用基于CCD傳感器的�(shù)碼相��
維庫電子�,電子知�,一查百��
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