MOS电容
CCD 是由规则排列的金属—氧化物—半导体 （Metal Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。
Metal Oxide Semiconductor
二、CCD
光信息
CCD
电脉冲
脉冲只反映一个感光元件的受光情况 脉冲幅度的高低反映该感光元件受光照的强弱 输出脉冲的顺序可以反映一个感光元件的位置 完成图像传感
一、主动传感器
• 发射一定波长的信号，遇到目标时反射被传感 器接收，信号发射与接收之间的时间差TD（ti me difference）与传感器到目标的距离成正 比，通过TD即可得到距离。如激光雷达、微波 雷达等。 • 优点：直接获得深度图像，无需匹配 • 缺点：分辨率低、速度慢、反射率易受影响。
二、被动传感器
CMOS图像传感器芯片结构框图
CMOS图像传感器像素阵列
一、COMS传感器 三、CMOS
CMOS感光元件的构成比较复杂，除处于核 心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模 数转换电路，每个像素点的构成为一个感光二极 管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是 整个元件的一小部分，造成CMOS传感器的开口 率远低于CCD（开口率：有效感光区域与整个感 光元件的面积比值）；这样在接受同等光照及元 件大小相同的情况下，CMOS感光元件所能捕捉 到的光信号就明显小于CCD元件，灵敏度较低。
贝尔实验室的George Smith和 Willard、CCD图像传感器
二、CCD
由于CCD具有光电转换、信息存储、延时和将 电信号按顺序传送等功能,且集成度高、功耗低, 因此得到飞速发展,是图像采集及数字化处理必不 可少的关键器件,广泛应用于科学、教育、医学、 商业、工业、军事和消费领域。
PPS
APS
DPS将模／数转换集成在每一个像素单元里，每一像 素单元输出的是数字信号。该器件的优点是高速数字读出 ，无列读出噪声或固定图形噪声，工作速度更快，功耗更 低。
二、CCD图像传感器
二、CCD
1.简介
电荷耦合器件(Charge-Coupled Devices)简称 CCD，是 1970年由美国贝尔实验室首先研制出来的新型固体器件。 作为MOS技术的延伸而产生的一种半导体器件。
现代CMOS芯片外观
一、COMS传感器
• “无源像敏单元” 成像质量差、像敏单元尺 寸小、填充率低、响应速度慢 • “有源像敏单元” 增添了光敏元件和像敏单 元的寻址开关，增加了信号放大和处理等电路， 提高了光电灵敏度、减少了噪声，扩大动态范 围。
一、COMS传感器 三、CMOS
2.结构与工作原理
A、CCD的结构和工作原理
显微镜下的MOS元表面
CCD基本结构分两部分： （1）MOS（金属—氧化物—半导体） 光敏元阵列； 电荷耦合器件是在半导体硅片上 制作成百上千（万）个光敏元， 一个光敏元又称一个像素，在半 导体硅平面上光敏元按线阵或面 阵有规则地排列。 （2）读出移位寄存器。
CCD结构示意图
1.简介
CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）， 互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件。是组成 CMOS数字集成电路的基本单元。 1970年，CMOS图 像传感器在NASA 的喷气推进实验室 制造成功。 1997年，英国爱丁 堡VLSI Version 公司首次实现 CMOS图像传感器 的商品化。
一、COMS传感器 三、CMOS
3.分类
CMOS 无源 像素 传感 器 PPS 有源 像素 传感 器 APS 数字 像素 传感 器 DPS
视觉传感器、应力传感器、指纹图像传感器 、凹型传感器等
一、COMS传感器 三、CMOS
Tx：开关管 Col：列总线
M1：复位管 M2：源跟随器 M3：行选通管 Col：列总线
二、CCD图像传感器
3.2 光电器件-电荷耦合器件
二、CCD图像传感器
二、CCD图像传感器
二、CCD
2.结构与工作原理
•感光二极管（Photodiode） •并行信号寄存器（Shift Register） -用于暂时储存感光后产生的电荷 •串行信号寄存器（Transfer Register） -用于暂时储存并行积存器的模拟信号并 将电荷转移放大 •信号放大器-用于放大微弱电信号 •模/数转换器-将放大的电信号转换 成数字信号
二、CCD
CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。
光敏元件 转移栅 输出
不透光的电荷转移结构 (a)
光积分区 转移栅 输出
(b)
线型CCD图像传感器
二、CCD
面型CCD图像传感器由感光 输出二极管 区、信号存储区和输出转移部分 组成。 行 输 扫 左图所示结构由行扫描电路 出 描 寄 、垂直输出寄存器、感光区和输 发 存 生 出二极管组成。行扫描电路将光 器 器 敏元件内的信息转移到水平（行 感光区 ）方向上，由垂直方向的寄存器 将信息转移到输出二极管，输出 信号由信号处理电路转换为视频 面型CCD图像传感器结构 图像信号。
• 视觉传感器，以非扩散的方式接 收数据，对环境没有任何信号污 染。 • 速度快 ，满足ITS要求 • 但受雾、夜间、阳光直射影响
视觉传感器
可见光成像
非可见光成像
COMS
CCD
紫外成像
红外成像
无线电成像
超声成像
图像传感器
图像传感器

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一、COMS传感器 三、CMOS
二、CCD图像传感器
二、CCD
每个感光元件对应图 像传感器中的一个像素点 ，由于感光元件只能感应 光的强度，无法捕获色彩 信息，因此彩色CCD图 像传感器必须在感光元件 上方覆盖彩色滤光片。
二、CCD图像传感器
二、CCD
最常用的做法是覆盖RGB红绿蓝三色滤光片，以1：2 ：1的构成由四个像点构成一个彩色像素（即红蓝滤光 片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光 片），采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。
2、7 图像传感器
目录
1 2 3
1.1传感器概述
1.2压电传感器 1.3光电传感器 1.4电涡流传感器
4
5 6
1.5微波传感器
1.6超声波传感器 1.7图像传感器
7
图像传感器
• 图像采集设备，由3个部分组成：图像采集设 备（图像传感器）、图像处理硬件和图像处理 软件。 • 在ITS中，图像传感器分为主动传感器和被动 传感器两大类。