相机的事情事理
传感器是相机的核心部件,目前相机常用的感光芯片有CCD(Charge Coupled Device 电荷耦合器件) 和CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化半导体) 两类。
CCD和CMOS图像传感器感光事理类似,基本上都是利用感光二极管(photodiode)进行光与电的转换,将图像转换为数字信息,它们的紧张差异在数字旗子暗记传送办法的不同。
CCD传感器芯片
CCD图像传感器每一行中每一个像素(pixel)电荷旗子暗记都会依序传送到下一个像素中,由最底真个部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出,其事情事理图如下:
在感光元器件收到光照后,感光元件会天生对应的电流,电流大小与光强度对应,因此感光元器件输出的电旗子暗记是仿照旗子暗记。
在CCD感光器件中,每一个感光元件都不对此电流做处理,而是将它直接输出到垂直寄存器,传到水平寄存器中,然后才能统一输出。
由于感光元件天生的电旗子暗记实在太微弱,再加上会产生大量的电压损耗,无法进行模数转换事情,因此这些输出数据必须做一个统一的放大处理,因而会在水平寄存器之后放一个放大器,经由放大器的放大处理之后,每个像素点的电旗子暗记强度得到同样幅度的增大。
常用的CCD有3种构造,分别为全帧转移 (Full frame )、帧传输(Frame transfer)和行转移(Interline Transfer)。
全帧转移CCD传感器的感光区域和存储区域在一起,即感光单元也是电荷寄存器,这样做的优点便是添补因子(fill factor)可达到100%,传感器灵敏度高;缺陷便是缺陷:由于传输和读出利用的时钟相同,因此Sensor上面的部分曝光韶光比下面的长,这会造成Smear(漏光)征象。
帧传输CCD传感器的感光区和存储区完备分开,且大小相等。
这种传感器的优点便是添补因子(fill factor)可达到100%,在读出过程中,可对下一帧曝光;在曝光韶光较长的情形下,Smear征象比Full Frame Array Sensor小很多。
缺陷:须要两个Sensor,本钱高。
行转移CCD传感器中的单个像素面积中包含了感光区和存储区,这样感光电子转移韶光非常短,约为1us,因此不会涌现Smear征象,不须要利用机器快门或闪光灯。
缺陷便是由于屏蔽区占用了Sensor的部分面积,因此使得此种传感器添补因子只能在20%~70%,通过微透镜可以增加添补因子。
CMOS传感器芯片
在CMOS图像传感器中,每个像素都会连接一个放大器及模数转换电路,用类似内存电路的办法将旗子暗记输出。
CMOS传感器中在每个像素单元中,除感光部分外,还有放大器和读出电路部分,全体CMOS 传感器还集成了寻址电路、放大器和A/D。
由于每个像素单元都集成了一个放大器,就会造成很多噪声的形成,进而导致成像质量的低落。
CCD与CMOS的比拟
CMOS传感器相对付CCD传感器,本钱较低,功耗较低,满阱能力较低,噪声相对付较大。