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当今主流图像传感器简介

杨迪

（西南石油大学理学院0817030137）

摘要：当今图像传感器主要是CCD以及CMOS，本文主要介绍了CCD和CMOS传感器的结构和工作原理，他们的性能比较，以及他们的发展前景和最新技术。

关键字：图像传感器、CCD、CMOS。

Introduction of Current Main Image Sensor

Yang Di

(SWPU Faculty of Science 0817030137)

Abstract:The main image sensors at present are CCD and CMOS. This essay introduces composition and operating principle of CCD and CMOS image sensor, makes a comparison of their performance, and recommend their development perspective and the latest technology. Keywords:Image sensor, CCD, CMOS.

图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。

1 CCD概述

1970年, 美国贝尔实验室成功研制了世界上第一只CCD; 1973 年, 仙童公司制造出第一只商用CCD成像器件; 80年代后期, CCD在大多数视频应用中取代了电子管; 进入90年代后, CCD应用于分辨率成像, 广泛应用于专业电子照相、空间探测、X射线成像以及科学应用等领域。

1.1 CCD的结构及工作原理

CCD 从结构上分为线阵CCD 和面阵CCD，从受光方式分为正面光照和背面光照两种。线阵CCD 有单沟道和双沟道两种信号读出方式，其中双沟道信号读出方式的信号转移效率高。面阵CCD 的结构复杂，常见的有帧转移(FT ) CCD、全帧转移( FFT ) CCD、隔列内线转移(IIT ) CCD、帧内线转移( FIT ) CCD、累进扫描内线转移( PSIT ) CCD 等。

C C D图像传感器由在单晶硅基片上呈二维排列的光电二极管及其传送电路构成。光电二极管把光转换成电荷,再经转换电路传送和输出。图1所示为 CCD图像传感器工作原理框图。器件完成曝光后光子通过像元转换为电子电荷包，电荷包顺序转移到共同的输出端，通过输出放大器将大小不同的电荷包( 对应不同强弱的光信号) 转换为电压信号，缓冲并输出到芯片外的信号处理电路。

如图1所示，相机的大部分信号处理功能在印刷电路板上实现，如果应用要求改变，设计者可通过改变电路板功能而无须重新设计图像传感器。

图1 CCD图像传感器工作原理框图

1.2 CCD图像传感器的特点

由于CCD的基本参数是电荷，不是电流或电压，这就在器件的外电路及信号处理方面引进了令人感兴趣的新概念和新技术。作为摄像器件，与早期的摄像管相比，CCD 图像传感器有以下特点：

1）体积小，重量轻，能耗少，工作电压低，抗冲击与振动，寿命长；

2）灵敏度高，噪声低，动态范围大；

3）响应速度快，刷新时无残留痕迹，摄像启动快；

4）利用VLSI技术生产，象素密度高，尺寸精确，批量生产成本低。

CCD直接将光学图像转换为电荷信号，以实现图像的存储、处理和显示。它是图像采集与数字化的关键器件，所以其应用领域极其广泛，已成为摄录一体机、打印机、传真机、摄像机、数码相机、扫描仪、数字摄像机和多媒体系统的核心部件。当然CCD作为一种高性能图像传感器，也存在一些固有的缺点，这必将随着技术的发展而逐渐改进。

1.3 CCD图像器传感新技术

随着技术的成熟及研究的深入,CCD技术水平不断提高,图像质量有很大改善,色彩更丰富、更逼真。近年来出现了几种比较有代表性的新CCD技术。

1.3.1 超级CCD技术(SUPER CCD)

它是富士于1999年推出,如今已经经历了从第一代到第五代的迅速发展。与传统CCD如图2相比,超级CCD不再采用普通的矩形光电二极管,而是用较大的八角形光电二极管,像素按45度角排列为蜂窝状如图3,控制信号通路被取消,节省下的空间使光电二极管得以增大,而八角形的光电二极管因更接近微透镜的圆形,从而可以比矩形光电二极管更有效的吸收光。光电二极管的加大和光吸收效率的提高使每个像素的吸收电荷增加,从而提高了CCD的感光度和信噪比。普通CCD由于在互相垂直的轴上间隔较大,使其水平和垂直分辨率低于对角线上的分辨率, 而“超级”CCD互相垂直的轴上间隔变窄,因此水平和垂直分辨率高于对角线上的分辨率,这也就意味着水平和垂直分辨率得到了相对提高。所以,在面积与感光单元数目均相

同时,超级CCD的分辨率、动态范围、感光度、色彩再现均有大幅度提高,而能耗却有了大幅

度的下降。

图2 传统CCD像素排列

图3 SUPER CCD像素排列

1.3.2 X3 CCD(多层感色CCD)技术

其原理是让电子科技模仿“真实底片”的感色原理,对每颗像素感色物料进行改造,在像素中同时加入三层感色层,使X3CCD的每颗像素可同时撷取红、蓝、绿三原色。使用这种设计,以往因只可捕捉一种色彩而造成的影像合并问题,包括清晰度不足、鬼影等问题均能迎刃而解,大大提高了影像的品质和色彩表现,同时还可以减少余光反射所产生的噪点现象,再加上内建的VPS技术(Variable PixelSize,可变像素尺寸),大大提升了拍摄动态影像的效果。

1.3.3 四色滤光CCD技术

通过添加E(Emerald,祖母绿)滤色镜,达到增加蓝绿色系还原来抵消黄红色系的目的。它所表现的颜色特性非常接近人眼的视觉特性,能够比以往的CCD更加接近自然的颜色,特别是青绿色和红色系的颜色表现力都得到大幅度提升。Sony公司把四色滤光CCD和全新处理器相接合,使色彩还原的准确度提高一倍,得到的颜色特性非常接近人眼,特别是对青绿色和红色系的颜色表现力大大提高,虽然增加了运算量,但是电能消耗量却可减低30%。

2 CMOS概述

ＣＭＯＳ图像传感器于８０年代发明以来，由于当时ＣＭＯＳ工艺制程的技术不高，以致于传感器在应用中的杂讯较大，商品化进程一直较慢。时至今日，ＣＭＯＳ传感器的应用范围也开始非常的广泛，包括数码相机、PC Camera、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具，以及工业、医疗等用途。在低档产品方面，其画质

质量已接近低档ＣＣＤ的解析度，相关业者希望用ＣＭＯＳ器件取代ＣＣＤ的努力正在逐渐明朗。ＣＭＯＳ传感器有可细分为：被动式像素传感器ＣＭＯＳ（Passive Pixel Sensor CMOS）与主动式像素传感器ＣＭＯＳ（Active Pixel Sensor CMOS）。

2.1 结构及工作原理

CMOS 图像传感器的总体结构如图4所示，一般由像素阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、在片模拟信号处理器（ASP）构成，高级的CMOS 图像传感器还集成有在片模数转换器（ADC）。行选通逻辑和列选通逻辑可以是移位寄存器，也可以是译码器，其中的行选通逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选通逻辑单元与列选通逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。定时和控制电路限制信号读出模式、设定积分

图4 CMOS图像传感器结构

时间、控制数据输出率等。在片模拟信号处理器是完成相关双取样、信号积分、放大、取样/保持、双Δ取样等功能，对信号进行放大处理，提高信噪比（SNR）。在片模数转换器是数字成像系统所必需的，CMOS 图像传感器可以是整个成像阵列有一个ADC 或几个ADC（每种颜色一个），也可以是成像阵列每列各一个。

外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选通逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及ADC，转换成数字图像信号输出。与CCD 相比，这种结构提供了随机进入像元、以非常高的帧速率直接开窗口的能力，同时避免了CCD 中大量电荷转移很长距离的情况。

2.2 CMOS 图像传感技术的最新发展

目前，CMOS 图像传感器正在向高分辨率、高动态范围、高灵敏度、集成化、智能化的方向发展。芯片加工工艺不断发展，从0.5μｍ→0.35μｍ→0.25μｍ→0.18μｍ，接口电压在不断降低，从5V→3.3v→2.5V/3.3V→1.8V/3.3V。各厂商也竟相提高CMOS 图像传感器综合性能，缩小单元尺寸，调整CMOS 工艺参数，将数字信号处理电路、图像压缩、通讯等

电路集成，并制作滤色片和微透镜阵列，以实现低成本、低功耗、低噪声、高度集成的单芯片成像微系统。

2.2.1 CMOS 图像传感器新技术——ARAMIS

传统的CMOS 图像传感器采用行基准的曝光方式，同一行的所有像素在同一时刻曝光，而不同行上的像素在不同时刻曝光，因此，在拍摄快速运动物体时会产生图像扭曲。我国台湾Elec Vision 公司很好地解决了这一问题，其研制的异步随机存取CMOS 图像传感器(简称ARAMIS)是新型的平面型CMOS 图像传感器，在单芯片内整合图像感光阵列、A/D 转换电路、数字接口及其他控制逻辑电路，在3.3V 或5V 单一电源下工作。ARAMIS 结构的CMOS传感器使数码相机系统可以简化到图像传感器+微处理器+存储器等3 个芯片。为仿真机械快门而开发的电子快门，可执行片上矩阵测光模式，不需要多余的外加测光电路，允许所有像素在同一时刻曝光，可以更精确地再现活动目标。

2.2.2 CMOS 图像传感器新技术——C3D

C3D(CMOS Color Captive Device)是新一代半导体成像技术。它不仅提高了像素设计技术，也改进了生产工艺。C3D 技术最大特点就是像素反应的均一性。采用这种技术生产的0.25μｍCMOS 图像传感器，可以在保全性能的前提下增加晶体管的数量和占空因数，系统设计人员可借助它来完成片上功能集成，并根据现有的系统参数进行设计，以提高系统的整体性能。采用C3D 技术的另一个设计上的好处是利用了片上集成阵列的处理能力，由此可大幅度地减少后续的图像处理量。

2.2.3 超小型CMOS图像传感器技术

安捷伦科技(Agilent Technologies)公司已推出一种全新系列的超小型彩色和单色CMOS图像传感器。与以往同类产品相比,这些小型传感器的体积减小了25%,表面封装厚度降低了50%,因而更适于为家用和工控数码相机提供更加紧凑、成本更低的解决方案,如PC相机、手机和PDA使用的可拆卸相机以及数码静止及双模相机等。而且,其中的CIF单色图像传感器(352像素×288像素)则为生物检测(识别如指纹的个体特征)监控和安全、机器视觉和条码扫描仪提供了理想的选择。

3 CMOS 与CCD 的比较

3.1 灵敏度比较

灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力。CCD 图像传感器灵敏度较CMOS 图像传感器高30% ～50% 。这主要因为CCD 像元耗尽区深度可达10mm,具有可见光及近红外光谱段的完全收集能力。CMOS 图像传感器由于采用0.18～0.5mm 标准CMOS工艺, 由于采用低电阻率硅片须保持低工作电压, 像元耗尽区深度只有1～2mm,其吸收截止波长小于650nm,导致像元对红光及近红外光吸收困难。由于CM OS 图像传感器在像元中采用高增益低功耗互补放大器结构, 其电压转换率略优于CCD 图像传感器。CCD图像传感器要达到同样的电压转换率需要付出进一步增大器件功耗的代价。CCD 研制者正进一步研究新的读出放大器结构以提高响应率。

3.2 响应速度

响应速度由于CCD 采用串行连续扫描的工作方式, 必须一次性的读出整行或整列的像素数据。而COMS由于采用单点信号传输, 通过简单的X-Y 寻址技术, 允许从整个排列, 部分

甚至单元来读出数据, 从而提高寻址速度, 实现更快的信号传输。

3.3 噪声比较

CCD的特色在于从充分保持信号在传输是不失真( 有专属通道设计) 。透过每一个像素集合至单一放大器上做统一处理。可以保持资料的完整性。相对地, CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着ADC ( 放大兼模拟/数字信号转换器) , 没有专署通道设计。因此必须先放大再整合各个像素的资料。所以CMOS计算出的早点要比CCD 多, 这将会影响到图像品质。

3.4 成本比较

由于CMOS传感器采用半导体电路最常用的CMOS工艺, 可以轻易的将周边的电路( 如AGC、DDS、时钟、DSP等) 集成到传感器芯片中, 因此可以节省外围芯片的成本; 而CCD 传感器采用电荷传递方式传送数据。其中有一个像素不能运行。将会导致一整排的数据不能传送。控制CCD 传感器的成品率会比CMOS 传感器难的多。因此, CCD 传感器的成本要高于CM OS。

因此总的说CCD 和CMOS 比较, 虽然CCD 传感器和CMOS 传感器都是上世纪70 年代开始研制, 但由于CCD 传感器灵敏度高、噪声低而成为图像传感器的主流。互补金属氧化物(CM OS)图像传感器由于工艺上的原因, 一直没摆脱光照灵敏度低、噪声降不下来和图像分辨率低等缺点而得不到重视和发展。CCD 图像传感器也由于敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上而使CCD 摄像机/照相机体积大、功耗大。CMOS 传感器却有集成度高、功耗小和造价低等优点, 如果CMOS 图像传感器能克服以上缺点而保持原有的优点, 就比CCD 传感器的应用更有优势。由于集成电路设计技术和工艺水平的提高,CMOS 图像传感器过去存在的缺点, 现在都可以找到办法克服, 而且它固有的优点更是CCD 器件所无法比拟的, 因而它再次成为研究的热点。CCD 传感器需要多个不同电压来使它工作, 而CMOS传感器只需单电压工作, 这也是它相比CCD 传感器另一个极大的优点。CCD 传感器需要在外部配接放大器、模数转换器、时序电路等等, 造成体积庞大, 读出速度受到限制。而CMOS 图像传感器却相当一个完整的图像系统。一个典型的CMOS 图像传感器通常包含: 一个图像传感器核心, 这与CCD 图像传感器相似, 所有的时序逻辑电路、单一时钟及芯片内的可编程功能, 比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。与传统的CCD 图像系统相比, 把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗, 而且具有重量较轻, 占用空间减少以及总体价格更低的优点。

4 CCD 与CMOS 传感器的发展趋势

不管是最新的手机还是大型天文望远镜，固态成像器件几乎能满足目前所有图像捕获的需求。像素变小能使现有的VGA 和数百万像素传感器尺寸减小，但是具有数千万像素的大型静态传感器更容易制造。在最近几年中，基于CMOS 技术的图像传感器已成为消费类产品的选用技术。在分辨率为VGA到800 万像素的成像器件中，它们比CCD 传感器具有更高的成本和性能优势。不过，在800 万像素以上的市场中，CCD仍占绝对优势，因为CCD 的噪声更低，灵敏度更高。

CCD 传感器在工业和医疗应用中也占据着统治地位，因为这些领域追求的是高帧速率，而不是高分辨率。芯片架构范围从数千像素的简单线性阵列到数百万像素阵列。

CMOS 传感器利用CMOS 技术的工艺扩展性能，以及图像处理器和模数转换器(ADC)等更强的集成逻辑功能，来实现一套完整的“片上相机”解决方案。由于CMOS 传感器的像素尺寸已经减小到每边小于3μm，因此设计工程师可以在与上一代VGA 传感器相同的芯片面积上，设计出更小的VGA 分辨率传感器或具有数百万像素的传感器。

CMOS 传感器中的每个像素都有各自的电荷到电压转换过程。传感器通常包含放大器、噪声校正和数字化电路，这样芯片输出的就是数字比特。这些额外的功能将增加设计的复杂性，并可能减少可用于光捕获的面积。由于每个像素都进行各自的转换，所以像素与像素之间的一致性比较差。但通过利用片上逻辑，可以构建一个仅需少量外围电路就能实现基本操作的芯片。CCD 传感器的工艺不像CMOS 那样灵活，大多数CCD 传感器需要数量可观的外部支持电路。在不惜牺牲系统尺寸而追求图像质量(用量子效率和噪声来衡量)的照相、科学以及工业应用中，传统上由CCD传感器提供性能基准。

使用CMOS 和CCD 传感器的应用类型没有明显的分界线。当CMOS 设计工程师花大力气提高图像质量时，CCD 设计工程师则将重点放在减少功耗和像素尺寸上，以便在低端产品市场中与CMOS 器件一决高低。CMOS 传感器的主要优势是成本低，因为它可以采用主流的CMOS 制造工艺。

高端成像应用领域主要采用1,400 至8,100 万以上像素的CCD 成像器件。在500 万到1,400 万像素的应用中，CMOS和CCD 成像器都可以选用，但更多的还是CMOS 解决方案。低于500 万像素的CCD 成像器仍有一些，但随着CMOS 成像器完全占领这部分市场，这种CCD 成像器将变得越来越少。

综上所述，CCD 传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS 传感器，而CMOS 传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过，随着CCD 与CMOS 传感器技术的进步，两者的差异有逐渐缩小的态势，例如，CCD 传感器一直在功耗上作改进，以应用于移动通信市场；CMOS 传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足，以应用于更高端的图像产品。

参考文献:

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传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类

传感器的分类_传感器的原理与分类_传感器的定义和分类传感器的分类方法很多．主要有如下几种：（1）按被测量分类，可分为力学量、光学量、磁学量、几何学量、运动学量、流速与流量、液面、热学量、化学量、生物量传感器等。这种分类有利于选择传感器、应用传感器（2）按照工作原理分类，可分为电阻式、电容式、电感式，光电式，光栅式、热电式、压电式、红外、光纤、超声波、激光传感器等。这种分类有利于研究、设计传感器，有利于对传感器的工作原理进行阐述。（3）按敏感材料不同分为半导体传感器、陶瓷传感器、石英传感器、光导纤推传感器、金属传感器、有机材料传感器、高分子材料传感器等。这种分类法可分出很多种类。（4）按照传感器输出量的性质分为摸拟传感器、数字传感器。其中数字传感器便干与计算机联用，且坑干扰性较强，例如脉冲盘式角度数字传感器、光栅传感器等。传感器数字化是今后的发展趋势。（5）按应用场合不同分为工业用，农用、军用、医用、科研用、环保用和家电用传感器等。若按具体便用场合，还可分为汽车用、船舰用、飞机用、宇宙飞船用、防灾用传感器等。（6）根据使用目的的不同，又可分为计测用、监视用，位查用、诊断用，控制用和分析用传感器等。主要特点传感器的特点包括：微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化，它不仅促进了传统产业的改造和更新换代，而且还可能建立新型工业，从而成为21世纪新的经济增长点。微型化是建立在微电子机械系统（MEMS）技术基础上的，已成功应用在硅器件上做成硅压力传感器。主要功能常将传感器的功能与人类5大感觉器官相比拟：光敏传感器——视觉声敏传感器——听觉气敏传感器——嗅觉化学传感器——味觉压敏、温敏、传感器（图1）流体传感器——触觉敏感元件的分类：物理类，基于力、热、光、电、磁和声等物理效应。化学类，基于化学反应的原理。生物类，基于酶、抗体、和激素等分子识别功能。通常据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大类（还有人曾将敏感元件分46类）。 1)光纤传感器光纤传感器技术是随着光导纤维实用化和光通信技术的发展而形成的一门崭新的技术。光纤传感器与传统的各类传感器相比有许多特点，如灵敏度高.抗电磁干扰能力强，耐腐蚀，绝缘性好，结构简单，体积小.耗电少，光路有可挠曲性，以及便于实现遥测等. 光纤传感器一般分为两大类，一类是利用光纤本身的某种敏感特性或功能制成的传感器.称为功能型传感器;另一类是光纤仅仅起传输光波的作用，必须在光纤端面或中间加装其他敏感元件才能构成传感器，称为传光型传感器。无论哪种传感器，其工作原理都是利用被测量的变化调制传输光光波的某一参数，使其随之变化，然后对已调制的光信号进行检测，从而得到被测量。

传感器尺寸换算方法

1英寸=2.54厘米 1/2.3英寸CCD相机传感器，对角线约1.1厘米。宽：8.8mm；高：6.6mm。（近似值，仅供参考）所谓的1/2.7，1/2.5，1/1.8，1/1.7，1/1.6，2/3等，里面的分子1是一个标准，分母越大，CCD越小。所以，你说的尺寸中2/3英寸是最大的，到底有多大呢？衡量比例必须有一个标准，这个标准是沿用最早CCD应用在摄像机上的标准，指长 12.8mm×9.6mm的面积，其对角线为16mm，所以1就是指的对角线为16mm。故可以计算出1/1.8英寸的ccd：（12.8/1.8）x（9.6/1.8）=7.11mm x 5.33mm 同理可以计算2/3英寸即1/1.5英寸的ccd：（12.8/1.5）ｘ（9.6/1.5）=8.53mm x 6.4mm 有了这个标准，相信你自己就可以算出你关心的数码相机的ＣＣＤ的长和宽了吧。追问：哥们这是怎么算的啊？是分母除以分子么? 回答：是按照1/1英寸为标准的对角线为16mm，而长宽比是4：3，所以标准的长宽就是 12.8mm x 9.6mm。所以别人对于数码相机的CCD大小，不需要写出具体的长、宽各是多少，而只需要给你个和标准之间差的倍数就可以了。即1/1.8就是说标准去乘以这个系数，即长宽都乘以1/1.8就可以了。小尺寸传感器的这种表示方式是指的对角线长度，但是不同长宽比面积是不同的，例如3:2和4:3的传感器面积，就算是同样的对角线长度面积也不同，长宽比越接近1:1面积越大常见的1/1.63英寸传感器长宽是8.07×5.56毫米，面积是44.8692平方毫米常见的1/2.3英寸传感器长宽是6.17×4.55毫米，面积是28.0735平方毫米 1/1.63英寸传感器面积大约1/2.3英寸传感器的1.6倍，性能差别还是比较明显的，画质差异肉眼明显可见当然只看传感器面积也不能完全说明问题，还有像素多少问题，如果1/1.63传感器像素比1/2.3传感器高很多，可能单个像素点的宽度就差不多，那么性能也就差不多，所以单个像素点的宽度才是问题的核心不过像1/1.63英寸这种数码相机中的大尺寸传感器，一般都是高端机型使用的，强调高画质，所以不会把像素做得太高，高像素小传感器是中低端卡片机用来忽悠不了解技术细节的消费者的所谓的传感器尺寸是以对角线的尺寸来计算的, 比如1/1.63英寸, 它的尺寸就是对角线的长度为1/1.63 英寸, 不过这个对角线是包含了框架的尺寸的, 所以实际的有效感光部分要比它小一些. 然后传感器的长宽比例, 以对角线长度来标注的话都是4:3的, 这样你就可以计算出他们各自的实际尺寸了

CCD与CMOS图像传感器的成像原理

工业相机，选择TEO CCD与CMOS图像传感器的成像原理你还在为不知道工业相机图像传感器的成像而苦恼吗？美国TEO为您做了以下解析，希望对工业相机爱好的朋友们有所帮助。在接受光照之后，感光元件（感光二极管PD：photodiode）产生对应的电流，电流大小与光强对应，因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在CCD 传感器中，每一个感光元件都不对此作进一步的处理，而是将它直接输出到下一个感光元件的存储单元，结合该元件生成的模拟信号后再输出给第三个感光元件，依次类推，直到结合最后一个感光元件的信号才能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号实在太微弱了，无法直接进行模数转换工作，因此这些输出数据必须做统一的放大处理—这项任务是由CCD传感器中的放大器专门负责，经放大器处理之后，每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大；但由于CCD本身无法将模拟信号直接转换为数字信号，因此还需要一个专门的模数转换芯片进行处理，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP 处理芯片。而对于CMOS传感器，上述工作流程就完全不适用了。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑，当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后，电信号首先被该感光元件中的放大器放大，然后直接转换成对应的数字信号。换句话说，在CMOS传感器中，每一个感光元件都可产生最终的数字输出，

工业相机，选择TEO 所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理—问题恰恰是发生在这里，CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格一致，致使放大后的图像数据无法代表拍摄物体的原貌—体现在最终的输出结果上，就是图像中出现大量的噪声，品质明显低于CCD传感器。

利用CMOS图像传感器测试成像镜头MTF的实用方法

文章编号:100525630(2006)0620017206 利用CM O S 图像传感器测试成像镜头M T F 的实用方法 Ξ 张文华,李湘宁 (上海理工大学,上海200093) 摘要:介绍了一种用C M O S 图像传感器测量镜头M T F 的实用方法及其实用实例。该方法通过引入参考空间频率,利用在C M O S 图像传感器像面上,对被测空间频率与参考空间频率的像素灰度值的读取,能够便捷并且比较准确地测定镜头的M T F 值。由于参考空间频率的引入,大体消除了C M O S 图像传感器本身M T F 对测量结果的影响,从而使测量结果更接近理论运算结果。关键词:调制传递函数;C M O S 图像传感器;像素灰度值;参考空间频率中图分类号:TN 402 文献标识码:A A practica l m ethod for m ea sur i ng m odula tion tran sfer function of optica l i m ag i ng syste m by usi ng C MOS i m ager sen sor ZH A N G W en 2hua ,L I X iang 2n ing (U n iversity of Shanghai fo r Science and T echno logy ,Shanghai 200093,Ch ina ) Abstract :T h is p ap er in troduces a p ractical m ethod fo r m easu ring m odu lati on tran sfer functi on (M T F )of an op tical i m aging system by u sing C M O S i m ager sen so r .T h is m ethod b rings in a new con 2cep ti on of reference frequency .B y reading the p ixel values w h ich reference frequency and tested frequen 2cy m ake on the C M O S i m ager sen so r th rough the op tical i m aging system ,th is m ethod can calcu late ou t the M T F of the op tical i m aging system p rom p tly and accu rately .T he reference frequency can eli m inate m o st of the i m p act C M O S i m ager sen so r itself m akes to the system M T F and therefo re m ake the M T F values m o re accu rate . Key words :m odu lati on tran sfer functi on (M T F );C M O S i m ager sen so r ;p ixel value ;reference fre 2quency 1　引　言调制传递函数(m odu lati on tran sfer functi on ,M T F )是复函数光学传递函数(op tical tran sfer func 2ti on ,O T F )的模,由于其能客观地反映成像系统的频率响应特性,因此早已成为光学成像系统像质评价的重要指标[1]。在光学设计中用M T F 作为评价函数进行优化和像质评价已是常用的手段,但对于实际镜头的质量检测由于受到M T F 测试仪器设备条件的限制,因此实际应用并不广泛。使用C M O S (com p lem en 2 第28卷　第6期 2006年12月光　学　仪　器O PT I CAL I N STRUM EN T S V o l .28,N o.6 D ecem ber,2006 Ξ收稿日期:2006201205 作者简介:张文华(19782),女,河南修武人,工程师,硕士研究生,主要从事光学工程方面的研究。

压力传感器分类与简介

将压力转换为电信号输出的传感器。通常把压力测量仪表中的电测式仪表称为压力传感器。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件（见位移传感器）或应变计（见电阻应变计、半导体应变计）转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体，如压阻式传感器中的固态压力传感器。压力是生产过程和航天、航空、国防工业中的重要过程参数，不仅需要对它进行快速动态测量，而且还要将测量结果作数字化显示和记录。大型炼油厂、化工厂、发电厂和钢铁厂等的自动化还需要将压力参数远距离传送（见遥测），并要求把压力和其他参数，如温度、流量、粘度等一起转换为数字信号送入计算机。因此压力传感器是极受重视和发展迅速的一种传感器。压力传感器的发展趋势是进一步提高动态响应速度、精度和可靠性以及实现数字化和智能化等。常用压力传感器有电容式压力传感器、变磁阻式压力传感器（见变磁阻式传感器、差动变压器式压力传感器）、霍耳式压力传感器、光纤式压力传感器（见光纤传感器）、谐振式压力传感器等。传感器的基本知识一、传感器的定义国家标准GB7665-87对传感器下的定义是：“能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成”。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。二、传感器的分类目前对传感器尚无一个统一的分类方法，但比较常用的有如下三种：１、按传感器的物理量分类，可分为位移、力、速度、温度、流量、气体成份等传感器２、按传感器工作原理分类，可分为电阻、电容、电感、电压、霍尔、光电、光栅、热电偶等传感器。３、按传感器输出信号的性质分类，可分为：输出为开关量（“１”和"０”或“开”和“关”）的开关型传感器；输出为模拟型传感器；输出为脉冲或代码的数字型传感器。关于传感器的分类： 1.按被测物理量分：如：力，压力，位移，温度，角度传感器等； 2.按照传感器的工作原理分：如：应变式传感器、压电式传感器、压阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器等； 3.按照传感器转换能量的方式分：（1）能量转换型：如：压电式、热电偶、光电式传感器等；（2）能量控制型：如：电阻式、电感式、霍尔式等传感器以及热敏电阻、光敏电阻、湿敏电阻等； 4.按照传感器工作机理分：（1）结构型：如：电感式、电容式传感器等；（2）物性型：如：压电式、光电式、各种半导体式传感器等； 5.按照传感器输出信号的形式分：（1）模拟式：传感器输出为模拟电压量；（2）数字式：传感器输出为数字量，如：编码器式传感器。三、传感器的静态特性传感器的静态特性是指对静态的输入信号，传感器的输出量与输入量之间所具有相互关系。因为这时输入量和输出量都和时间无关，所以它们之间的关系，即传感器的静态特性可用一个不含时间变量的代数方

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑.

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑摘要：介绍CMOS图像传感器的基本原理、潜在优点、设计方法以及设计考虑。关键词：互补型金属－氧化物－半导体图像传感器；无源像素传感器；有源像素传感器 1引言 20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS 图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过CCD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会成为事实。由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到降低。现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美，这主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上，当一位设计者购买了CMOS图像传感器后，他得到的是一个包括图像阵列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。与传统的CCD图像系统相比，把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗，而且具有重量较轻，占用空间减少以及总体价格更低的优点。 2基本原理从某一方面来说，CMOS图像传感器在每个像素位置内都有一个放大器，这就使其

压力传感器的分类及应用原理

压力传感器的分类及应用原理教程来源：网络作者：未知点击：28 更新时间：2009-2-16 10:11:30 压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器，其广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业，下面就简单介绍一些常用传感器原理及其应用 1、应变片压力传感器原理与应用力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。下面我们主要介绍这类传感器。在了解压阻式力传感器时，我们首先认识一下电阻应变片这种元件。电阻应变片是一种将被测件上的应变变化转换成为一种电信号的敏感器件。它是压阻式应变传感器的主要组成部分之一。电阻应变片应用最多的是金属电阻应变片和半导体应变片两种。金属电阻应变片又有丝状应变片和金属箔状应变片两种。通常是将应变片通过特殊的粘和剂紧密的粘合在产生力学应变基体上，当基体受力发生应力变化时，电阻应变片也一起产生形变，使应变片的阻值发生改变，从而使加在电阻上的电压发生变化。这种应变片在受力时产生的阻值变化通常较小，一般这种应变片都组成应变电桥，并通过后续的仪表放大器进行放大，再传输给处理电路（通常是A/D转换和CPU）显示或执行机构。金属电阻应变片的内部结构如图1所示，是电阻应变片的结构示意图，它由基体材料、金属应变丝或应变箔、绝缘保护片和引出线等部分组成。根据不同的用途，电阻应变片的阻值可以由设计者设计，但电阻的取值范围应注意：阻值太小，所需的驱动电流太大，同时应变片的发热致使本身的温度过高，不同的环境中使用，使应变片的阻值变化太大，输出零点漂移明显，调零电路过于复杂。而电阻太大，阻抗太高，抗外界的电磁干扰能力较差。一般均为几十欧至几十千欧左右。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用下式表示：式中：ρ——金属导体的电阻率（Ω·cm2/m） S——导体的截面积（cm2） L——导体的长度（m）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情2、陶瓷压力传感器原理及应用抗腐蚀的陶瓷压力传感器没有液体的传递，压力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片产生微小的形变，厚膜电阻印刷在陶瓷膜片的背面，连接成一个惠斯通电桥(闭桥)，由于压敏电阻的压阻效应，使电桥产生一个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，标准的信号根据压力量程的不同标定为2.0 / 3.0 / 3.3 mV/V等，可以和应变式传感器相兼容。通过激光标定，传感器具有很高的温度稳定性和时间稳定性，传感器自带温度补偿0～70℃，并可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷是一种公认的高弹性、抗腐蚀、抗磨损、抗冲击和振动的材料。陶瓷的热稳定特性及它的厚膜电阻可以使它的工作温度范围高达-40～135℃，而且具有测量的高精度、高稳定性。电气绝缘程度>2kV，输出信号强，长期稳定性好。高特性，低价格的陶瓷传感器将是压力传感器的发展方向，在欧美国家有全面替代其它类型传感器的趋势，在中国也越来越多的用户使用陶瓷传感器替代扩散硅压力传感器。 3、扩散硅压力传感器原理及应用工作原理被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上（不锈钢或陶瓷），使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一

CMOS图像传感器的性能

CMOS图像传感器的性能 2.2.1光电转换的原理和性能当光子入射到半导体材料中，光子被吸收而激发产生电子–空穴对，称为光生载流子，如图2.3（a）所示。量子效率（Quantum Efficiency，QE）被定义为产生光生载流子的光子数占总入射光子数的百分比；或者被定义为η，即每个入射光子激发出来的光生载流子数。式中，N e为被激发出来的电子数；N v为入射的光子数。不同的半导体材料对入射光的响应随其波长而变化，对于硅材料而言波长覆盖整个可见光范围，截止在约1.12μm的近红外波长，如图2.3（b）所示。（a）（b）图2.3硅半导体材料的光照响应光电信号的噪声水平决定了能检测到的最小光功率，即光电转换的灵敏度。硅光电传感器的噪声构成包括： ●来源于信号和背景的散粒噪声（shot noise）；

●闪烁噪声（flicker noise），即1/f噪声； ●来源于电荷载流子热扰动的热噪声（thermal noise）。噪声特性用噪声等效功率NEP（Noise Equivalent Power）表达，信号功率和噪声等效功率的比值，被称为信噪比（Signal Noise Ratio，SNR），是描述传感器性能的重要参数之一。当入射光子照射在半导体材料的PN结上，如图2.4（a）所示，如果在PN 结上施加电压使光生载流子形成电流，产生如图2.4（b）所示的I-V特性曲线。曲线上V＞0的正向偏置一段被称为太阳能电池模式；PN结反向偏置V＜0的平直一段曲线，被称为光电二极管模式；I-V特性的反向击穿段被称为雪崩模式。通常在图像传感器中，光电转换元件工作在光电二极管模式，如图2.3（c）所示。图2.3中PN结的反向电流I leak为 I leak＝I ph＋I diff （a）（b）图2.4PN结光电二极管示意图

传感器分类

传感器分类传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。按工作原理可划分为： 1．电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。

2．磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参数的测量。 3．光电式传感器光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。

传感器分类及常见传感器的应用

机电一体化技术常用传感器及其原理班级：机械设计制造及其自动化姓名：学号：

一、传感器的分类传感器有许多分类方法，但常用的分类方法有两种，一种是按被测物理量来分；另一种是按传感器的工作原理来分。按被测物理量划分的传感器，常见的有：温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器、流量传感器、液位传感器、力传感器、加速度传感器、转矩传感器等。按工作原理可划分为： 1．电学式传感器电学式传感器是非电量电测技术中应用范围较广的一种传感器，常用的有电阻式传感器、电容式传感器、电感式传感器、磁电式传感器及电涡流式传感器等。电阻式传感器是利用变阻器将被测非电量转换为电阻信号的原理制成。电阻式传感器一般有电位器式、触点变阻式、电阻应变片式及压阻式传感器等。电阻式传感器主要用于位移、压力、力、应变、力矩、气流流速、液位和液体流量等参数的测量。电容式传感器是利用改变电容的几何尺寸或改变介质的性质和含量，从而使电容量发生变化的原理制成。主要用于压力、位移、液位、厚度、水分含量等参数的测量。电感式传感器是利用改变磁路几何尺寸、磁体位置来改变电感或互感的电感量或压磁效应原理制成的。主要用于位移、压力、力、振动、加速度等参数的测量。磁电式传感器是利用电磁感应原理，把被测非电量转换成电量制成。主要用于流量、转速和位移等参数的测量。电涡流式传感器是利用金屑在磁场中运动切割磁力线，在金属内形成涡流的原理制成。主要用于位移及厚度等参数的测量。 2．磁学式传感器磁学式传感器是利用铁磁物质的一些物理效应而制成的，主要用于位移、转矩等参

数的测量。

3．光电式传感器光电式传感器在非电量电测及自动控制技术中占有重要的地位。它是利用光电器件的光电效应和光学原理制成的，主要用于光强、光通量、位移、浓度等参数的测量。 4．电势型传感器电势型传感器是利用热电效应、光电效应、霍尔效应等原理制成，主要用于温度、磁通、电流、速度、光强、热辐射等参数的测量。 5．电荷传感器电荷传感器是利用压电效应原理制成的，主要用于力及加速度的测量。 6．半导体传感器半导体传感器是利用半导体的压阻效应、内光电效应、磁电效应、半导体与气体接触产生物质变化等原理制成，主要用于温度、湿度、压力、加速度、磁场和有害气体的测量。 7．谐振式传感器谐振式传感器是利用改变电或机械的固有参数来改变谐振频率的原理制成，主要用来测量压力。 8．电化学式传感器电化学式传感器是以离子导电为基础制成，根据其电特性的形成不同，电化学传感器可分为电位式传感器、电导式传感器、电量式传感器、极谱式传感器和电解式传感器等。电化学式传感器主要用于分析气体、液体或溶于液体的固体成分、液体的酸碱度、电导率及氧化还原电位等参数的测量。另外，根据传感器对信号的检测转换过程，传感器可划分为直接转换型传感器和间接转换型传感器两大类。前者是把输入给传感器的非电量一次性的变换为电信号输出，如光

CMOS图像传感器的工作原理及研究

CMOS图像传感器的工作原理及研究摘要：介绍了CMOS图像传感器的工作原理，比较了CCD图像传感器与CMOS图像传感器的优缺点，指出了CMOS图像传感器的技术问题和解决途径，综述了CMOS图像传感器的现状和发展趋势。 1 引言自从上世纪60年代末期，美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，它是PC机多媒体不可缺少的外设，也是监控中的核心器件。互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器与电荷耦合器件（CCD）图像传感器的研究几乎是同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD 器件因为有光照灵敏度高、噪音低、像素少等优点一直主宰着图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，CMOS图像传感器过去存在的缺点，现在都可以找到办法克服，而且它固有的优点更是CCD器件所无法比拟的，因而它再次成为研究的热点。 70年代初CMOS传感器在NASA的Jet Pro pul sion Laboratory(JPL)制造成功，80年代末，英国爱丁堡大学成功试制出了世界第一块单片CMOS型图像传感器件，1995年像元数为（128×128）的高性能CMOS有源像素图像传感器由喷气推进实验室首先研制成功[1]，1997年英国爱丁堡VLSI Ver sion公司首次实现了CMOS图像传感器的商品化，就在这一年，实用CMOS技术的特征尺寸已达到0.35mm，东芝研制成功了光敏二极管型APS，其像元尺寸为5.6mm×5.6mm，具有彩色滤色膜和微透镜阵列，2000年日本东芝公司和美国斯坦福大学采用0.35mm技术开发的CMOS-APS已成为开发超微型CMOS摄像机的主流产品。 2 技术原理 CCD型和CMOS型固态图像传感器在光检测方面都利用了硅的光电效应原理，不同点在于像素光生电荷的读出方式。CMOS图像传感器芯片的结构 [2]如图1所示。典型的CMOS像素阵列[3]，是一个二维可编址传感器阵列。传感器的每一列与一个位线相连，行允许线允许所选择的行内每一个敏感单元输出信号送入它所对应的位线上（图2），位线末端是多路选择器，按照各列独立的列编址进行选择。根据像素的不同结构[4]，CMOS图像传感器可以分为无源像素被动式传感器（PPS）和有源像素主动式传感器（APS）。根据光生电荷的不同产生方式APS又分为光敏二极管型、光栅型和对数响应型，现在又提出了DPS(digital pixel sensor)概念。

CMOS图像传感器的基本原理及设计

CMOS图像传感器的基本原理及设计考虑 1、引言 20世纪70年代，CCD图像传感器和CMOS图像传感器同时起步。CCD图像传感器由于灵敏度高、噪声低，逐步成为图像传感器的主流。但由于工艺上的原因，敏感元件和信号处理电路不能集成在同一芯片上，造成由CCD图像传感器组装的摄像机体积大、功耗大。CMOS图像传感器以其体积小、功耗低在图像传感器市场上独树一帜。但最初市场上的CMOS图像传感器，一直没有摆脱光照灵敏度低和图像分辨率低的缺点，图像质量还无法与CCD图像传感器相比。如果把CMOS图像传感器的光照灵敏度再提高5倍～10倍，把噪声进一步降低，CMOS图像传感器的图像质量就可以达到或略微超过C CD图像传感器的水平，同时能保持体积小、重量轻、功耗低、集成度高、价位低等优点，如此，CMOS图像传感器取代CCD图像传感器就会成为事实。由于CMOS图像传感器的应用，新一代图像系统的开发研制得到了极大的发展，并且随着经济规模的形成，其生产成本也得到降低。现在，CMOS图像传感器的画面质量也能与CCD图像传感器相媲美，这

主要归功于图像传感器芯片设计的改进，以及亚微米和深亚微米级设计增加了像素内部的新功能。实际上，更确切地说，CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感器通常包含：一个图像传感器核心（是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出，这与CCD图像传感器很相似），所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能，比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。事实上，当一位设计者购买了CM OS图像传感器后，他得到的是一个包括图像阵列逻辑寄存器、存储器、定时脉冲发生器和转换器在内的全部系统。与传统的CCD图像系统相比，把整个图像系统集成在一块芯片上不仅降低了功耗，而且具有重量较轻，占用空间减少以及总体价格更低的优点。 2、基本原理从某一方面来说，CMOS图像传感器在每个像素位置内都有一个放大器，这就使其能在很低的带宽情况下把离散的电荷信号包转换成电压输出，而且也仅需要在帧速率下进行重置。CMOS图像传感器的优点之一就是它具有低的带宽，并增加了信噪比。由于制造工艺的限制，早先的CMOS图像传感器无法将放大器放在像素位置以内。这种被称为PPS的技术，噪声性能很不理想，而且还引来对CMOS图像传感器的种种干扰。

CCD与CMOS图像传感器的六大硬件技术指标

CCD与CMOS图像传感器的六大硬件技术指标大家可能有这样的疑问，同样是高清网络摄像机为什么图像效果会有差异呢？使用同样的配件，为什么晚上的效果也不同呢？其实这是与我们使用的sensor（即图像传感器）的硬件技术指标相关的，不管是CCD还是CMOS图像传感器，主要有“像素、靶面尺寸、感光度、电子快门、帧率、信噪比”这六大硬件技术指标。下面简单的为大家介绍一下这些硬件指标，以便于大家进一步了解高清网络摄像机。像素：传感器上有许多感光单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中，每一个感光单元对应一个像素(Pixels)，像素越多，代表着它能够感测到更多的物体细节，从而图像就越清晰，像素越高，

意味着成像效果越清晰。关联一下我们中维世纪的产品：100W网络摄像机分辨率是1280X720，两个值相乘得出的就是像素值，就是近100万个像素点，130W的分辨率是1280X960,像素值就是近130万个像素点。从图像效果上看，130W的效果比100W的要好一些。靶面尺寸：图像传感器感光部分的大小，一般用英寸来表示。和电视机一样，通常这个数据指的是这个图像传感器的对角线长度，如常见的有1/3英寸，靶面越大，意味着通光量越好，而靶面越小则比较容易获得更大的景深。比如1/2英寸可以有比较大的通光量，而1/4英寸可以比较容易获得较大的景深。”关联一下我们中维世纪的产品：100W产品是1/4英寸，130W是1/3英寸,200W是1/2.7英寸，大家从画面上就能感知到上面提到的靶面尺寸的不同带来的图像画质的变化。感光度：即是通过CCD或CMOS以及相关的电子线路感应入射光线的强弱。感光度越高，感光面对光的敏感度就越强，快门速度就越高，这在拍摄运动车辆，夜间监控的时候尤其显得重要。这就是解释了为什么不同的摄像机夜视会有很大差别，感光度的单位是V/LUX-SEC,V(伏）就是我们

数码相机常用感元件尺寸对照表

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数码相机常用感光元件尺寸对照表 (2013-02-17 15:51:38) 转载▼ 分类：杂文标签：娱乐随着数码技术的发展，出现了新的传感器画幅标准（如刚刚发布的尼康1系列V1/J1、索尼RX100都采用了1英寸的CX画幅），一些单反传感器的尺寸也悄悄的出现了“缩水”。比如当时的佳能30D的CMOS 是22.5×15mm，到了7D/60D变成了22.3×14.9mm，尼康D70s的CCD是23.7×15.6mm，到了D7000/5100变成了23.6×15.6mm。为了适应新的数码相机传感器的尺寸标准，特将目前最新型号数码相机/数码单反经常采用的成像传感器尺寸按比例制作成图片、表格进行对比。数码相机的感光元件CCD/CMOS相当于传统相机的底片。家用小数码相机（DC）的CCD尺寸通常有1/2.5英寸、1/1.8英寸、2/3英寸等，它们有什么不同？这一尺寸会影响到数码相机的什么功能？数码相机规格表中的CCD/CMOS一栏经常写着“1/2.5、1/1.8英寸CCD等。这里的“1/2.5英寸”就是CCD的尺寸，实际上就是CCD对角线的长度。不过，这里的1英寸并不等于25.4mm，而是

1英吋CCD Size = 长12.8mm×宽9.6mm = 对角线为16mm之对应面积。也就是说1英寸相当于16mm。因为在CCD/CMOS成像元件问世之前，电视摄像机中采用的是真空管成像元件，那时的传感器尺寸指的是真空管的外径，即包含了外层玻璃管的尺寸，1英吋真空管的内径（成像圆直径）为16mm，已经成了一种行业“规范”，因此，到了CCD/CMOS成像元件问世后，也就沿用了这个“规范”。真空管影像传感器有了固定单位的CCD 尺寸就不难了解余下CCD 尺寸比例定义了，例如: 1/2" CCD的对角线就是1"的一半为8mm，面积约为1/4，1/4" 就是1"的1/4，对角线长度即为4mm。目前市面上消费型数码相机的数量几乎占掉了总产量的7成，这一类型的特色多是轻薄短小，使用感光器件的长宽比皆为4：3，并且清一色都是1" 以下的设计；比较常见的有：1/2.7"、1/2.5"、1/2.3"、1/1.8"、2/3"等。数码单反（DSLR）的CCD 或CMOS 因为所使用的长宽比由4：3改成3：2，就不以对角线“英吋”作为表达方式，而改为与135相机（底片尺寸36×24mm）相同的直接称呼，比这小一号的或称为APS （25.1×16.7mm）/APS-C 尺寸（23.7×15.6mm）也是同样的道理。为了补足APS-C 以下的CCD 尺寸空间，由日本Olympus 主导的4/3 系统（比一般消费型数码相机的1吋型CCD 再大上1/3 （22.5 ÷ 16mm）），但比例不是3：2 而是4：3 ，是故沿用“英吋”的称法，命名为4/3 或是1又1/3 。

市场上常见的压力传感器的种类及原理分析

市场上常见的压力传感器的种类及原理分析什么是压力传感器呢?压力传感器是指将接收的气体、液体等压力信号转变成标准的电流信号(4~20mADC)，以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节的元器件。它主要是由测压元件传感器、测量电路和过程连接件等组成的（进气压力传感器）。那么压力传感器的种类有哪些呢?就目前市场而言，压力传感器一般有差压传感器、绝压传感器、表压传感器，静态压力传感器和动态压力传感器。对于这几者之间的关系，我们可以这样定义定义：差压是两个实际压力的差，当差压中一个实际压力为大气压时，差压就是表压力。绝压是实际压力，而有意义的是表压力，表压力=绝压-大气压力。静态压力是管道内流体不流动时的压力。动态压力可以简单理解为管道内流体流动后发生的压力。根据不同的方式压力传感器的种类也不尽相同。小编通过搜集整理资料，将与压力传感器的种类相关的知识做如下介绍，下面我们来看具体分析。 1.扩散硅压力传感器扩散硅压力传感器工作原理是被测介质的压力直接作用于传感器的膜片上(不锈钢或陶瓷)，使膜片产生与介质压力成正比的微位移，使传感器的电阻值发生变化，和用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。扩散硅压力传感器原理图 2.压电式压力传感器 (1)压电式压力传感器原理压电式压力传感器原理基于压电效应。压电效应是某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。 (2)压电式压力传感器的种类与应用压电式压力传感器的种类和型号繁多，按弹性敏感元件和受力机构的形式可分为膜片式和活塞式两类。膜片式主要由本体、膜片和压电元件组成。压电元件支撑于本体上，由膜片将被测压力传递给压电元件，再由压电元件输出与被测压力成一定关系的电信号。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。现代测量技术对传感器的性能出越来越高的要求。例如用压力传感器测量绘制内燃机示功图，在测量中不允许用水冷却，并要求传感器能耐高温和体积小。压电材料最适合于研制这种压力传感器。石英是一种非常好的压电材料，压电效