摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。 模拟摄像头可以将视频采集设备产 生的模拟视频信号转换成数字信号,进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉 到的视频信号必须经过特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式, 并加以压 缩后才可以转换到计算机上运用。数字摄像头可以直接捕捉影像,然后通过串、 并口或者 USB 接口传到计算机里。现在电脑市场上的摄像头基本以数字摄像头 为主,而数字摄像头中又以使用新型数据传输接口的 USB 数字摄像头为主,目 前市场上可见的大部分都是这种产品。 除此之外还有一种与视频采集卡配合使用 的产品,但目前还不是主流。 使用 USB 接口的摄像头支持真正的即插即用,哪怕是在电脑工作时,你插入设 备,系统也会立即汇报,并为其寻找合适的驱动程序;而且,USB 摄像头所使 用的电源可以直接从主板 USB 接口中得到,不再需要笨拙的独立电源转换器; USB 接口提供了 12Mbps 传输带宽,传输速度大大高于电脑现有的外设端口。与 串行端口相比较,USB 接口大约快出 100 倍;与并行端口相比较,USB 接口也 快出近 10 倍。从这里不难看出,采用了 USB 接口的电脑摄像头,在速度上是拥 有很大优势的。 在选择摄像头时,镜头是很重要的。按感光器件类别来分,现在市场上摄像头使 用的镜头大多为 CCD 和 CMOS 两种。其中 CCD(Charge Coupled Device,电荷 CMOS (Complementary 耦合组件) 是应用在摄像、 图像扫描方面的高端技术组件, Metal-Oxide Semiconductor,附加金属氧化物半导体组件)则大多应用在一些低 端视频产品中。但是这样的定位并不表示在具体的摄像头使用时,两者有很大区 别。事实上经过技术改造,目前 CCD 和 CMOS 的实际效果的差距已经大大的减 小了。而 CMOS 的制造成本和功耗都要低于 CCD 不少,所以很多摄像头生产厂 商采用的都是 CMOS 镜头。 但实际上由于自身物理特性的原因,CCD 的成像质量和 CMOS 还是有一定距离 的。在相同像素下 CCD 的成像往往通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可 以保证基本准确。而 CMOS 的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏 弱,曝光也都不太好。所以我们在使用摄像头,尤其是采用 CMOS 芯片的产品 时就更应该注重技巧: 首先不要在逆光环境下使用(这点 CCD 同) ,尤其不要直接指向太阳,否则“放 大镜烧蚂蚁”的惨剧就会发生在您的摄像头上。其次环境光线不要太弱,否则直 接影响成像质量。克服这种困难有两种办法,一是加强周围亮度,二是选择要求 最小照明度小的产品,现在有些摄像头已经可以达到 5lux(lux 是照度的国际单 位,相当于一平方米一流明) ,如三星的 AnyCam M10。 最后要注意的是合理使用镜头变焦,不要小瞧这点,通过正确的调整,摄像头也 同样可以拥有拍摄芯片的功能。 数字摄像头基础知识新编 文章链接:中国化工仪器网 http://www.chem17.com/Tech_news/Detail/20638.html 一、CCD 1.简述 CCD(Charge Coupled Device) ,即“电荷耦合器件” ,以百万像素为单位。 数码相机规格中的多少百万像素,指的就是 CCD 的分辨率。CCD 是一种感光半 导体芯片,用于捕捉图形,广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。 与胶卷的原理相似,光线穿过一个镜头,将图形信息投射到 CCD 上。但与胶卷 不同的是,CCD 既没有能力记录图形数据,也没有能力永久保存下来,甚至不 具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器,一 个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡) 。CCD 有各式各样的 尺寸和形状,最大的有 2×2 平方英寸。 2.CCD 的成像原理 CCD 成像的过程是这样的:CCD 表面被覆的硅半导体光敏元件捕获光子后产生 光生电子,这些电子先被积蓄在 CCD 下方的绝缘层中,然后由控制电路以串行 的方式导出到模数电路中,再经过 DSP 等成像电路形成图像。fast scan 和 slow scan 最大的区别就在于光生电子导出的速度和电路系统上不同。 scan 导出电 fast 子的频率非常快, 以便能达到视频级的刷新率, 但这将导致电子丢失、 噪声增多、 光生电子清空不彻底;而 slow scan 则相反,它的电路设计重在对光生电子积蓄 的保护上,导出的频率不高,但保证传出过程中电子丢失和损耗降到极小,它的 模数转换器动态范围和灵敏度极高,保证了信号转换过程不失真,同时为了减低 热效应产生的噪声,一般使用 Cooling 系统降温。 看了上面的解释我们可以知道专业级的科研用摄像头为什么那么贵了,从 CCD 感光层的材料和面积开始、到光生电子的积蓄、到电子的导出电路、传输电路、 模数转换电路、图像显示电路、Cooling 电路,每一步专业级科研摄像头的工艺 都和民用级的不同,成本都在几十倍到几百倍以上。目的只有一个,专业级摄像 头能尽可能完整的采集到所有的光信号。一般来说,民用级摄像头或数码相机只 能反映 50%以下的光信号。 3.评价 CCD 的基本指标 主要包括信噪比、冷却温度、像素值等 3.1 信噪比(SNR) 信噪比真实体现摄像头的检测能力。所有的 CCD 摄像头的厂家为提高摄像头的 性能,都尽力使信号(可达到满井电子的数目)最大同时尽可能减少噪音。 SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit 数 3.2 冷却温度 在相同满井电子的 CCD,降低 CCD 噪音,就能提高 CCD 的监测能力,热或者 暗电流对于 CCD 都是噪音,噪音在 Cool CCD 基本都可以被深度致冷的 Peltier 消除。在曝光超过 5-10 秒,CCD 芯片就会发热,没有致冷设备的芯片, “热” 或者白的像素点就会遮盖图像,图像到处可见雪花。-20°C 的摄像头可以拍摄 高达 5 分钟的图像,-40°C 的摄像头拍摄时间可以超过 1 小时。 CCD 结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。通过改善结构、优化方 法,同样能减少噪音的产生。 3.3 像素面积 这个指标是在芯片的一个重要指标。像素面积越大、对光越灵敏。因为像素点面 积有更多电子, 能产生更多信号。 大像素点增加灵敏度、 小的像素点增加分辨率。 要提高影像质量就必须增加 CCD 的像素,因此在 CCD 尺寸一定的情况下,增 加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。我们知道单位像素的面积越小, 其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大 分辨率,所以,如果不增加 CCD 面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量 的恶化。但如果在增加 CCD 像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少 维持单位像素面积不减小的基础上增大 CCD 的总面积。而目前更大尺寸 CCD 加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来,这一矛盾对于 CCD 而言是难以克服的。 二、CMOS ,即“互补金属氧化物 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 半导体” 。它是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导所需的大量资料。 CMOS 传感器便于大规模生产,且速度快,成本较低,是数码相机关键器件的发 展方向之一。 三、几个重要参数 白平衡(White Balance) 1. 在不同光源下,因色温不同,拍摄出来的相片会偏色。如色温低时光线中的红, 黄色光含量较多,所拍的照片色调会偏红,黄色调,色文高时光线中的蓝、绿色 较多,照片会偏蓝、绿色调。此时便需要利用白平衡功能来作修正,其原理是控 制光线中红,绿及蓝三元色的明亮度,使影像中最大光位达到纯白,便能令其它 色彩准确。 2. 插值(Interpolation) 在不生成像素的情况下增加图像像素大小的一种方法, 在周围像素色彩的基础上 用数学公式计算丢失像素的色彩。 有些相机使用插值, 人为地增加图像的分辨系。 3. Bit(位) 这是计算机图像中的术语,用来描述生成的图像所能包含的颜色数。 “深度是 8 位”意味着图像只含有 256 种颜色。现在的数码相机,每一种颜色的颜色深度都 是 8 位。 由于每一个像素的颜色都是是由红色、 绿色和蓝色三种颜色混合而成的, 也就是所谓的 24 位色。 所以图像包含的颜色可达 256×256×256 共计 1.67 亿种, 4. TWAIN 这是数字照相技术中非常常见的一个词。TWAIN 是指一种特殊的软件,有了它, 其他与 TWAIN 兼容的软件就可以共享图像资源了。比如说,PaintShopPro,这 是一个很好的图像处理方面的共享软件,它就可以和 TWAIN 设备协同工作。所 以你可以在 PaintShopPro 中直接使用数码相机中的图像。TWAIN 设备包括扫描 仪,传真机,当然,还有数码相机。 四、比较 CCD 与 CMOS 1970 年是影像处理行业具有里程碑意义的一年,美国贝尔实验室发明了 CCD。 二十年后,人们利用这一技术制造了数字相机,将影像处理行业推进到一个全新 领域。数字相机无需胶卷和冲洗、可重复拍摄和即时调整;影像可无限次复制且 不会降低质量,方便永久保存,并可用于电子传送和处理。它的诞生给影像处理 业带来了一场革命。 而后,有人发现,将计算机系统里的一种芯片进行加工也可以作为数字相机 其便于大规模生产和成本低廉的特性是商家们梦寐 中的感光传感器, CMOS, 即 以求的。业内人士分析,它在不久的将来可能取代 CCD,如今两者依然共存。 许多人认为: “感光传感器,尤其是 CCD,是摄像头最最核心的部件,是数字相 机的心脏。 ”而事实并非如此:感光传感器,尤其是 CCD,在摄像头中的功能是 将透过镜头的光线捕获并转换为电子信号,与其说是数字相机的心脏,不如说是 数字相机的眼睛。在研究级摄像头中,CCD 或 CMOS 感光传感器虽然是十分重 要的元部件,在很大程度上决定了摄像头的像素,但 CCD/CMOS 芯片在摄像头 的成本中并不占主导位置,尤其是在越高端的领域这一特性表现越为突出。 从技术的角度比较,CCD 与 CMOS 有如下四个方面的不同: 1.信息读取方式 CCD 电荷耦合器存储的电荷信息,需在同步信号控制下一位一位地实施转 移后读取, 电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配 合, 整个电路较为复杂。 CMOS 光电传感器经光电转换后直接产生电流 (或电压) 信号,信号读取十分简单。 2.速度 CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息, 速度较慢;而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同 时处理各单元的图像信息,速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 3.电源及耗电量 CCD 电荷耦合器大多需要三组电源供电,耗电量较大;CMOS 光电传感器 只需使用一个电源,耗电量非常小,仅为 CCD 电荷耦合器的 1/8 到 1/10,CMOS 光电传感器在节能方面具有很大优势。 4.成像质量 CCD 电荷耦合器制作技术起步早, 技术成熟, 采用 PN 结或二氧化硅 (SiO2) 隔离层隔离噪声,成像质量相对 CMOS 光电传感器有一定优势。由于 CMOS 光 电传感器集成度高,各光电传感元件、电路之间距离很近,相互之间的光、电、 磁干扰较严重,噪声对图像质量影响很大,使 CMOS 光电传感器很长一段时间 无法进入实用。近年,随着 CMOS 电路消噪技术的不断发展,为生产高密度优 质的 CMOS 图像传感器提供了良好的条件。 5.此外,CCD 与 CMOS 两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同 的: 5.1 内部结构(传感器本身的结构) CCD 的成像点为 X-Y 纵横矩阵排列,每个成像点由一个光电二极管和其 控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线(光量子)转换为电荷(电 子) ,聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时,各行数据被移 动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出,再通过电荷/ 电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但 是生产 CCD 需采用时钟信号、偏压技术,因此整个构造复杂,增大了耗电量, 也增加了成本。 CMOS 传感器周围的电子器件,如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器 等,可在同一加工程序中得以集成。CMOS 传感器的构造如同一个存储器,每个 成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶 体管,以及一个放大器,覆盖在整个传感器上的是金属互连器(计时应用和读取 信号)以及纵向排列的输出信号互连器,它可以通过简单的 X-Y 寻址技术读取 信号。 5.2 外部结构(传感器在产品上的应用结构) CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息, 速度较慢;而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同 时处理各单元的图像信息,速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 可以将数字 CMOS 光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程, 相机的所有部件集成到一块芯片上,如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电 路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等,都可集成到一块芯片上,还具有 附加 DRAM 的优点。只需要一个芯片就可以实现很多功能,因此采用 CMOS 芯 片的光电图像转换系统的整体成本很低。 五、什么是数字摄像头 所有 CCD 芯片都属于模拟元件, 但当图像数据进入计算机时却是数字信号。 如果数据是在摄像头、 采集卡两部分完成数字化的, 这个摄像头就是模拟摄像头。 而数字摄像头则是在摄像头内部完成数字化的,这样可以减少图像的噪音。与模 拟摄像头相比,数字摄像头显著提高了摄像头的信噪比、增加了摄像头的动态范 围、最大化图像灰度范围。科学研究级的绝大多数的 CCD/CMOS 芯片都是由 Kodak、Sony、SIT 制造的。 六、CCD 与 COMS 的分类 CCD 与 CMOS 按成像过程可以分为 2 大类:动态(fast scan)和静态(slow ;按应用场合不同可以分为专业级和民用级。常见的视频聊天摄像头(如 scan) 罗技)与各种数字相机使用的分别是民用级动态和静态 CCD/CMOS。 一、CCD 1.简述 CCD(Charge Coupled Device) ,即“电荷耦合器件” ,以百万像素为单位。 数码相机规格中的多少百万像素,指的就是 CCD 的分辨率。CCD 是一种感光半 导体芯片,用于捕捉图形,广泛运用于扫描仪、复印机以及无胶片相机等设备。 与胶卷的原理相似,光线穿过一个镜头,将图形信息投射到 CCD 上。但与胶卷 不同的是,CCD 既没有能力记录图形数据,也没有能力永久保存下来,甚至不 具备“曝光”能力。所有图形数据都会不停留地送入一个“模-数”转换器,一 个信号处理器以及一个存储设备(比如内存芯片或内存卡) 。CCD 有各式各样的 尺寸和形状,最大的有 2×2 平方英寸。 2.CCD 的成像原理 CCD 成像的过程是这样的:CCD 表面被覆的硅半导体光敏元件捕获光子后产生 光生电子,这些电子先被积蓄在 CCD 下方的绝缘层中,然后由控制电路以串行 的方式导出到模数电路中,再经过 DSP 等成像电路形成图像。fast scan 和 slow scan 最大的区别就在于光生电子导出的速度和电路系统上不同。 scan 导出电 fast 子的频率非常快, 以便能达到视频级的刷新率, 但这将导致电子丢失、 噪声增多、 光生电子清空不彻底;而 slow scan 则相反,它的电路设计重在对光生电子积蓄 的保护上,导出的频率不高,但保证传出过程中电子丢失和损耗降到极小,它的 模数转换器动态范围和灵敏度极高,保证了信号转换过程不失真,同时为了减低 热效应产生的噪声,一般使用 Cooling 系统降温。 看了上面的解释我们可以知道专业级的科研用摄像头为什么那么贵了,从 CCD 感光层的材料和面积开始、到光生电子的积蓄、到电子的导出电路、传输电路、 模数转换电路、图像显示电路、Cooling 电路,每一步专业级科研摄像头的工艺 都和民用级的不同,成本都在几十倍到几百倍以上。目的只有一个,专业级摄像 头能尽可能完整的采集到所有的光信号。一般来说,民用级摄像头或数码相机只 能反映 50%以下的光信号。 3.评价 CCD 的基本指标 主要包括信噪比、冷却温度、像素值等 3.1 信噪比(SNR) 信噪比真实体现摄像头的检测能力。所有的 CCD 摄像头的厂家为提高摄像头的 性能,都尽力使信号(可达到满井电子的数目)最大同时尽可能减少噪音。 SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit 数 3.2 冷却温度 在相同满井电子的 CCD,降低 CCD 噪音,就能提高 CCD 的监测能力,热或者 暗电流对于 CCD 都是噪音,噪音在 Cool CCD 基本都可以被深度致冷的 Peltier 消除。在曝光超过 5-10 秒,CCD 芯片就会发热,没有致冷设备的芯片, “热” 或者白的像素点就会遮盖图像,图像到处可见雪花。-20°C 的摄像头可以拍摄 高达 5 分钟的图像,-40°C 的摄像头拍摄时间可以超过 1 小时。 CCD 结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。通过改善结构、优化方 法,同样能减少噪音的产生。 3.3 像素面积 这个指标是在芯片的一个重要指标。像素面积越大、对光越灵敏。因为像素点面 积有更多电子, 能产生更多信号。 大像素点增加灵敏度、 小的像素点增加分辨率。 要提高影像质量就必须增加 CCD 的像素,因此在 CCD 尺寸一定的情况下,增 加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。我们知道单位像素的面积越小, 其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大 分辨率,所以,如果不增加 CCD 面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量 的恶化。但如果在增加 CCD 像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少 维持单位像素面积不减小的基础上增大 CCD 的总面积。而目前更大尺寸 CCD 加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来,这一矛盾对于 CCD 而言是难以克服的。 二、CMOS ,即“互补金属氧化物 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 半导体” 。它是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导所需的大量资料。 CMOS 传感器便于大规模生产,且速度快,成本较低,是数码相机关键器件的发 展方向之一。 三、几个重要参数 1. 白平衡(White Balance) 在不同光源下,因色温不同,拍摄出来的相片会偏色。如色温低时光线中的红, 黄色光含量较多,所拍的照片色调会偏红,黄色调,色文高时光线中的蓝、绿色 较多,照片会偏蓝、绿色调。此时便需要利用白平衡功能来作修正,其原理是控 制光线中红,绿及蓝三元色的明亮度,使影像中最大光位达到纯白,便能令其它 色彩准确。 2. 插值(Interpolation) 在不生成像素的情况下增加图像像素大小的一种方法, 在周围像素色彩的基础上 用数学公式计算丢失像素的色彩。 有些相机使用插值, 人为地增加图像的分辨系。 3. Bit(位) 这是计算机图像中的术语,用来描述生成的图像所能包含的颜色数。 “深度是 8 位”意味着图像只含有 256 种颜色。现在的数码相机,每一种颜色的颜色深度都 由于每一个像素的颜色都是是由红色、 绿色和蓝色三种颜色混合而成的, 是 8 位。 所以图像包含的颜色可达 256×256×256 共计 1.67 亿种, 也就是所谓的 24 位色。 TWAIN 4. 这是数字照相技术中非常常见的一个词。TWAIN 是指一种特殊的软件,有了它, 其他与 TWAIN 兼容的软件就可以共享图像资源了。比如说,PaintShopPro,这 是一个很好的图像处理方面的共享软件,它就可以和 TWAIN 设备协同工作。所 以你可以在 PaintShopPro 中直接使用数码相机中的图像。TWAIN 设备包括扫描 仪,传真机,当然,还有数码相机。 四、比较 CCD 与 CMOS 1970 年是影像处理行业具有里程碑意义的一年,美国贝尔实验室发明了 CCD。 二十年后,人们利用这一技术制造了数字相机,将影像处理行业推进到一个全新 领域。数字相机无需胶卷和冲洗、可重复拍摄和即时调整;影像可无限次复制且 不会降低质量,方便永久保存,并可用于电子传送和处理。它的诞生给影像处理 业带来了一场革命。 而后,有人发现,将计算机系统里的一种芯片进行加工也可以作为数字相机 中的感光传感器, CMOS, 即 其便于大规模生产和成本低廉的特性是商家们梦寐 以求的。业内人士分析,它在不久的将来可能取代 CCD,如今两者依然共存。 许多人认为: “感光传感器,尤其是 CCD,是摄像头最最核心的部件,是数字相 机的心脏。 ”而事实并非如此:感光传感器,尤其是 CCD,在摄像头中的功能是 将透过镜头的光线捕获并转换为电子信号,与其说是数字相机的心脏,不如说是 数字相机的眼睛。在研究级摄像头中,CCD 或 CMOS 感光传感器虽然是十分重 要的元部件,在很大程度上决定了摄像头的像素,但 CCD/CMOS 芯片在摄像头 的成本中并不占主导位置,尤其是在越高端的领域这一特性表现越为突出。 从技术的角度比较,CCD 与 CMOS 有如下四个方面的不同: 1.信息读取方式 CCD 电荷耦合器存储的电荷信息,需在同步信号控制下一位一位地实施转 移后读取, 电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配 合, 整个电路较为复杂。 CMOS 光电传感器经光电转换后直接产生电流 (或电压) 信号,信号读取十分简单。 2.速度 CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息, 速度较慢;而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同 时处理各单元的图像信息,速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 3.电源及耗电量 CCD 电荷耦合器大多需要三组电源供电,耗电量较大;CMOS 光电传感器 只需使用一个电源,耗电量非常小,仅为 CCD 电荷耦合器的 1/8 到 1/10,CMOS 光电传感器在节能方面具有很大优势。 4.成像质量 CCD 电荷耦合器制作技术起步早, 技术成熟, 采用 PN 结或二氧化硅 (SiO2) 隔离层隔离噪声,成像质量相对 CMOS 光电传感器有一定优势。由于 CMOS 光 电传感器集成度高,各光电传感元件、电路之间距离很近,相互之间的光、电、 磁干扰较严重,噪声对图像质量影响很大,使 CMOS 光电传感器很长一段时间 无法进入实用。近年,随着 CMOS 电路消噪技术的不断发展,为生产高密度优 质的 CMOS 图像传感器提供了良好的条件。 5.此外,CCD 与 CMOS 两种传感器在“内部结构”和“外部结构”上都是不同 的: 5.1 内部结构(传感器本身的结构) CCD 的成像点为 X-Y 纵横矩阵排列,每个成像点由一个光电二极管和其 控制的一个邻近电荷存储区组成。光电二极管将光线(光量子)转换为电荷(电 子) ,聚集的电子数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时,各行数据被移 动到垂直电荷传输方向的缓存器中。每行的电荷信息被连续读出,再通过电荷/ 电压转换器和放大器传感。这种构造产生的图像具有低噪音、高性能的特点。但 是生产 CCD 需采用时钟信号、偏压技术,因此整个构造复杂,增大了耗电量, 也增加了成本。 CMOS 传感器周围的电子器件,如数字逻辑电路、时钟驱动器以及模/数转换器 等,可在同一加工程序中得以集成。CMOS 传感器的构造如同一个存储器,每个 成像点包含一个光电二极管、一个电荷/电压转换单元、一个重新设置和选择晶 体管,以及一个放大器,覆盖在整个传感器上的是金属互连器(计时应用和读取 信号)以及纵向排列的输出信号互连器,它可以通过简单的 X-Y 寻址技术读取 信号。 5.2 外部结构(传感器在产品上的应用结构) CCD 电荷耦合器需在同步时钟的控制下,以行为单位一位一位地输出信息, 速度较慢;而 CMOS 光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号,还能同 时处理各单元的图像信息,速度比 CCD 电荷耦合器快很多。 CMOS 光电传感器的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程, 可以将数字 相机的所有部件集成到一块芯片上,如光敏元件、图像信号放大器、信号读取电 路、模数转换器、图像信号处理器及控制器等,都可集成到一块芯片上,还具有 附加 DRAM 的优点。只需要一个芯片就可以实现很多功能,因此采用 CMOS 芯 片的光电图像转换系统的整体成本很低。 五、什么是数字摄像头 所有 CCD 芯片都属于模拟元件, 但当图像数据进入计算机时却是数字信号。 如果数据是在摄像头、 采集卡两部分完成数字化的, 这个摄像头就是模拟摄像头。 而数字摄像头则是在摄像头内部完成数字化的,这样可以减少图像的噪音。与模 拟摄像头相比,数字摄像头显著提高了摄像头的信噪比、增加了摄像头的动态范 围、最大化图像灰度范围。科学研究级的绝大多数的 CCD/CMOS 芯片都是由 Kodak、Sony、SIT 制造的。 六、CCD 与 COMS 的分类 CCD 与 CMOS 按成像过程可以分为 2 大类:动态(fast scan)和静态(slow scan) ;按应用场合不同可以分为专业级和民用级。常见的视频聊天摄像头(如 罗技)与各种数字相机使用的分别是民用级动态和静态 CCD/CMOS。