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CCD 与CMOS 的图像传感技术

浏览200次 时间:2017年5月13日 08:46

【关键词】CCD CMOS 图像传感技术 拜耳阵列

插值算法

1 CCD传感技术工作原理

CCD 的基本功能是电荷的存储和电荷的

转移。它存储由光或电激励产生的信号电荷,

当对它施加特定时序的脉冲时,其存储的信号

电荷便能在CCD 内作定向传输。CCD 工作过

程的主要问题是信号电荷的产生,存储,传输,

和检测。

1.1 光电转换与存储

光电转换就是将光信号转换成信号电荷。

线阵CCD 是由许多光敏像元组成的,每个像

元就是一个MOS 电容器,如图1 当光照射到

CCD 上时,在栅极附近的半导体体内产生电

- 空穴对,其多数载流子被栅极电压排开,

少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷。

CCD 摄象器件的光敏单元为光注入方式。

光注入电荷 QIP =ηq neoATC

1.2 电注入CCD

通过输入结构对信号电压或电流进行电

压流进行采样,然后将信号电压或电流转换为

信号电荷。

1.3 电荷存储

构成CCD 基本单位是MOS 电容器,当

金属电极( 称为栅) 加正压时( 衬底接地),在

电压的作用下,就会产生个垂直于衬底表面

的电场。在此电场的作用下,P 型硅中的多子

空穴被向下排斥,形成耗尽层。电子在那里势

能较底,可以形象化地说,形成了电子的势阱,

势阱中能够容纳多少个电子,取决于势阱的

,栅电压越大,势阱越深。

1.4 CCD主要参数

CCD主要参数有总像素、有效像素、尺寸、

灵敏度、量子效率、光谱响应特性、转移效率、

不均匀度、动态范围、采样精度、线性度、噪

声等。

2 CMOS传感技术的改进

CMOS 传感技术在使用上与CCD 传感技

术的使用相比,一个最大的优势就是此种传感

技术的使用能够避免远距离以为来让图像到达

 

/万璞 王丽莎

在现代高新技术的迅速发展

下,CCD CMOS 两项传感技术不

断的进步。本文对这两项技术的

原理、拜耳阵列新方法进行探讨

和一个比较性分析。

摘 要

强大的放大和缓冲功能,因此它能有效的避免

所有与电荷转移有关的CCD 器件的缺陷。主

要有以下改进:

1CMOS 传感技术使用的是驱动脉冲

电路,此种电路的使用能够大大简化了硬件设

计,而且硬件设计的简单性在很大程度上又能

够降低系统的能耗。因此,此种传感技术使用

单一的电源即可,耗电量小,节能环保。

2CCD 图像传感技术的信号读取的速

度非常的慢,花费的时间比较长,而CMOS

图像传感技术的使用大大改变了这一发展现

状,此种技术等的使用能够在收集信号的同时

读取信号,而且能够及时的处理图像信号,其

总体的使用速度比CCD图像传感技术快的多。

3CCD 传感技术的使用与CMOS

像传感技术的使用相比,其市场价格比较高,

这也是限制其应用扩展的主要的原因。CMOS

图像传感技术等的使用从其功能、系统的设计

方面具有很大的优越性。

3 传感器像素排列及插值算法

3.1 拜耳阵列

拜耳阵列是实现CCD CMOS 传感器拍

摄彩色图像的主要技术之一如图2Bayer

式滤色器,R-G,B-G 四个单元为一组,G R

B 的两倍,因为人眼的视锥细胞对绿色更

敏感。现在数码相机普遍采用的方式:RG

BG 混合色亮度等于RGB 各分量亮度

之和,根据RGB 三分量比例来还原色彩。

它是一个4×4 阵列,由8 个绿色、4 个蓝色和

4 个红色像素组成,在将灰度图形转换为彩色

图片时会以2×2 矩阵进行9 次运算,最后生成

一幅彩色图形。

3.2 阵列的插值算法

ccd coms 都可以采用拜耳阵列的传感

方式,当光通过bayer 型阵列,经过传感器表

层绿色层将单色光照射在ccd coms 传感器

上,每个像素被分为了四个通道的单色光,插

值过程是通过对临近像素的信息得到本身像素

缺乏的信息,从而得到最终图像。

3.2.1 临近插值法

bayer 型阵列中ij 像素中缺少的基色

信息用mn 对应此基色的像素信息值代替从

而达到插值效果,计算方法如下:

fk(i,j)=fk(m,n) 1

这种方法称为临近算法,只考虑到各个

像素之间的相关性,是一种固定的插值处理过

程中,计算的结果会使图片出现块状化现象,

特别是图像中有色度、亮度渐变区域,会出现

很大问题。

3.2.2 双线型插值法

bilinear)插值算法就是双线型差值,

是将RGB 不同通道单独进行插值运算,原理

ij 像素的某一个色彩通道而言,其采用周

边同通道的平均值,公式如下:

2

其中N为滤波窗口中所求通道像素个数,

ƒKm,n)为滤波窗口中不同与ƒKi,j)的同

通道像素。

3.3 微镜阵列

在实际的物理实现的过程中,传感器之

间是有一定空隙的,不可能做到理论上的紧密,

因此在传感器之间加上微镜,通过反射可以最

大限度获取更多的光照信息,减少噪音,从而

获取更高质量的图片。

4 小结

综上所述,CCD 图像传感技术与CMOS

图像传感技术的使用成为现今市场上广受欢迎

的传感器件,这两种传感技术的使用各有其优

点,但是也存在不足,所以,在选择使用的时

候要根据具体的情况而定。

参考文献

[1] 周红平.CCD 图像传感器原理[J]. 中国新

技术新产品,2009(20).

[2] 雷蕾. 基于CCD CMOS 图像传感新技术

的研究[J]. 科技创新导报,2014(14).

[3] 石东新.CMOS CCD 性能及其高清应用比

[J]. 通信技术,2010(12).

作者单位

昭通学院 云南省昭通市 657000

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