摄像头参数解读.ppt

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1、摄像像头介介绍1 摄像像头原理原理2 摄像像头主要参数解主要参数解读3 CCD和和CMOS区区别4 徕卡卡显微微镜摄像像头介介绍摄像像头原理原理 摄像像头原理：原理：1被被摄物体反射光物体反射光线，传播到播到镜头，经镜头聚焦到聚焦到图像像传感器芯片上，感器芯片上，传感器感器根据根据光的光的强弱弱积聚相聚相应的的电荷，荷，经周期性放周期性放电，产生表示一幅幅画面的生表示一幅幅画面的电信号信号，经过预中放大中放大电路路放大放大、自、自动增益控制增益控制，于由，于由图像像处理芯片理芯片处理的是数字信号，理的是数字信号，所以所以经模数模数转换到到图像数字信号像数字信号处理理IC（DSP）。同步信号）。

2、同步信号发生器主要生器主要产生同生同步步时钟信号（由晶体振信号（由晶体振荡电路来完成），即路来完成），即产生垂直和水平的生垂直和水平的扫描描驱动信号，信号，到到图像像处理理IC。然后，。然后，经数模数模转换电路通路通过输出端子出端子输出一个出一个标准的复合准的复合视频信号。信号。简单说：摄像像头就是通就是通过光光电效效应，将光信号，将光信号转换成成电信号信号主要技主要技术参数参数像元像元像元（像素）像元（像素）：传感器的基本感器的基本单位，由光位，由光电二极管（硅）构成，当硅被激二极管（硅）构成，当硅被激发后后发射射电子，然后由控制子，然后由控制电路将溢出的路将溢出的电子子转化化为数字信号。数

3、字信号。1.光光电二极管和普通二极管一二极管和普通二极管一样，也是由一个，也是由一个PN结组成的半成的半导体器件，也具有体器件，也具有单方向方向导电特性。但在特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成成电信号的光信号的光电传感器感器件。件。2.光光电二极管原理二极管原理 是在反向是在反向电压作用下工作的，没有光照作用下工作的，没有光照时，反向，反向电流极其微弱，叫暗流极其微弱，叫暗电流；有光流；有光照照时，反向，反向电流迅速增大到几十微安，称流迅速增大到几十微安，称为光光电流。光的流。光的强度越大，反向度越大，反向电流也越大。流也越大。光的光的变化引

4、起光化引起光电二极管二极管电流流变化，化，这就可以把光信号就可以把光信号转换成成电信号，成信号，成为光光电传感感器件。器件。3.像元的特性像元的特性：像元像元产生的生的电信号的信号的强弱和光弱和光电二极管吸收的光子数成正比，光子数与曝光二极管吸收的光子数成正比，光子数与曝光时间和和光的光的强度有关。度有关。单个像元的尺寸决定了像元到达个像元的尺寸决定了像元到达饱和所需吸收的光子量。和所需吸收的光子量。显微微镜相机的像元尺寸在相机的像元尺寸在2-24um，我，我们徕卡卡摄像像头一般在一般在2-4um之之间，是，是选用比用比较顶尖的尖的传感器，例如感器，例如MC190HD像素面像素面积可以达到可以

5、达到1.671.67m，传感器面感器面积达到达到1/2.3英寸英寸主要技主要技术参数参数分辨率分辨率分辨率分辨率：分辨图像能力，用以描述图像细节分辨程度。：分辨图像能力，用以描述图像细节分辨程度。通常它是以横向和纵向像素点的数量来衡量的，表示成水平像素点数通常它是以横向和纵向像素点的数量来衡量的，表示成水平像素点数垂直垂直像素点数的形式。在一个固定的平面内，分辨率越高，意味着可使用的细节像素点数的形式。在一个固定的平面内，分辨率越高，意味着可使用的细节越多，图像越细致；但相对的，因为纪录的信息越多，数据量也就会越大。越多，图像越细致；但相对的，因为纪录的信息越多，数据量也就会越大。一般，分辨率

6、与像素是成正比的，像素越多，分辨率也越高。一般，分辨率与像素是成正比的，像素越多，分辨率也越高。对于图像传感器芯片而言，对于图像传感器芯片而言，有两种提高分辨率的途径有两种提高分辨率的途径：1.1.是在不改变单个像元大小的前提下，扩展芯片的尺寸。是在不改变单个像元大小的前提下，扩展芯片的尺寸。2.2.就是缩小单个元的尺寸以在同样的芯片面积上拥有更多的像元。就是缩小单个元的尺寸以在同样的芯片面积上拥有更多的像元。主要技主要技术参数参数帧数数帧数帧数，即为帧生成数量的简称。是摄像头采集的视频每秒放映的画面数。，即为帧生成数量的简称。是摄像头采集的视频每秒放映的画面数。帧数就是在帧数就是在1 1秒钟

7、时间里传输的图片的量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷秒钟时间里传输的图片的量，也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次，通常用新几次，通常用fpsfps（Frames Per SecondFrames Per Second）表示。每一帧都是静止的图象，快速）表示。每一帧都是静止的图象，快速连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。连续地显示帧便形成了运动的假象。高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。每秒钟帧数每秒钟帧数(fps)(fps)愈多，所显示的动作就会愈流畅。愈多，所显示的动作就会愈流畅。主要技主要技术参数参数信噪比信噪比物理学上，所有的信号都伴有噪声，

8、噪声的类型及其所带来的影响和图像物理学上，所有的信号都伴有噪声，噪声的类型及其所带来的影响和图像传感器的种类有关。传感器的种类有关。噪声的分类噪声的分类：背景噪声：属于基本噪声，是热激发产生，曝光时间越长，背景噪声越大。背景噪声：属于基本噪声，是热激发产生，曝光时间越长，背景噪声越大。读取噪声：信号读取时产生，降低读取速率可以降低读取噪声。读取噪声：信号读取时产生，降低读取速率可以降低读取噪声。光电散粒噪声：具有随机性。光电散粒噪声：具有随机性。背景噪声是基本噪声，所以采取制冷的方式可以最大限度降低暗电流堆积，降低噪音背景噪声是基本噪声，所以采取制冷的方式可以最大限度降低暗电流堆积，降低噪音。

9、保持保持长时间曝光。曝光。制冷的方式：制冷的方式：风 冷冷 水水/油冷油冷 半半导体制冷：常用帕体制冷：常用帕尔贴（Peltier）占用空间较大，效果不显著占用空间较大，效果不显著主要技主要技术参数参数信噪比信噪比 其中半其中半导体制冷：用帕体制冷：用帕尔贴（Peltier）最低温度可以达到室温下最低温度可以达到室温下50度。度。原理原理图，如右，如右图：以陶瓷基面。：以陶瓷基面。注意：放注意：放热端需要端需要连接散接散热塔塔主要技主要技术参数参数信噪比信噪比信噪比：信噪比是指信噪比：信噪比是指图像像传感器接收信号和噪音的比例。感器接收信号和噪音的比例。信噪比是衡量一信噪比是衡量一张样图好坏的

10、关好坏的关键参数，参数，信噪比越大越好。信噪比越大越好。信噪比的信噪比的计量量单位是位是dB，其，其计算方法是算方法是10lg(PS/PN)，其中，其中Ps和和Pn分分别代表信号代表信号和噪声的有效功率。和噪声的有效功率。信噪比的常用信噪比的常用值为4555db，若，若为50db，则图像有少量噪声，但像有少量噪声，但图像像质量良好；量良好；若若为60db，则图像像质量量优良，不出良，不出现噪声。噪声。我我们徕卡卡MC290HD及以上系列是信噪比是及以上系列是信噪比是55dB，属于，属于图像像质量量较好，噪声微弱。好，噪声微弱。主要技主要技术参数参数阱容阱容阱容与像元的尺寸有关，表示阱容与像元的

11、尺寸有关，表示单个像元个像元储存存电荷的能力，即荷的能力，即电荷阱荷阱饱和前能和前能储存的最大存的最大电子数。子数。阱是集成阱是集成电路的接触光的第一路的接触光的第一层，阱容就是阱的容量。，阱容就是阱的容量。主要技主要技术参数参数增益增益增益的一般含增益的一般含义简而言之就是放大倍数而言之就是放大倍数增益在增益在传感器中的含感器中的含义就是就是图像的像的输出与出与图像的采集之像的采集之间的倍的倍数。数。主要技主要技术参数参数动态范范围动态范范围：指最高指最高值和最低和最低值之之间的范的范围的一个物理量，而在的一个物理量，而在图像像传感器中指的是感器中指的是传感器同感器同时记录强弱信号的能力。弱

12、信号的能力。动态范范围=阱容阱容/噪声，噪声，动态范范围也与增益（信号被放大程度）有关。也与增益（信号被放大程度）有关。它它们的关系是增益提高一倍，阱容降低一倍，的关系是增益提高一倍，阱容降低一倍，动态范范围降低（增益是放大倍降低（增益是放大倍数）数）显微微观察中的察中的荧光光观察需要比察需要比较大大动态范范围的的图像像传感器。感器。主要技主要技术参数参数量子效率量子效率量子效率是指光子激量子效率是指光子激发产生生电子的数量，即光信号子的数量，即光信号转化化为电信号的能力。信号的能力。最理想状最理想状态是是转换与接收的比例与接收的比例时1：1。但是在。但是在实际中，光子也可能被吸收或中，光子也

13、可能被吸收或者穿透。所以达不到者穿透。所以达不到1:1。量子效率的范。量子效率的范围一般在一般在75-99。影响因素：光影响因素：光电面的表面状面的表面状态、反射等因素、反射等因素。主要技主要技术参数参数成像速度和成像速度和binning成像速度：每秒成像速度：每秒传输的的帧数。数。帧数与像素大小，数与像素大小，读取速度，取速度，数据数据传输速度有关。速度有关。它它们的比例关系：的比例关系：读取的像素取的像素 帧数数 速度速度 读取的像素取的像素 帧数数速度速度 主要技主要技术参数参数成像速度和成像速度和binning在在实际中，中，传感器通常通感器通常通过binning来降低来降低读取速度。

14、取速度。Binning是一种是一种图像像读出模式，将相出模式，将相邻像元感像元感应的的电荷加在一起，以一个像素的模式荷加在一起，以一个像素的模式读出。（出。（binnig英文是装箱的意思）英文是装箱的意思）通通过binning将相将相邻的几个像元上的信号收集在一起，作的几个像元上的信号收集在一起，作为一个大的像元来一个大的像元来处理，通常理，通常可以取可以取2:2,3:3,4:4像元像元结合在一起来合在一起来处理。理。1：1 binning2：2 binning主要技主要技术参数参数成像速度和成像速度和binningBinning分分为水平方向水平方向Binning和垂直方向和垂直方向Binn

15、ing，水平方向，水平方向Binning是将相是将相邻的行的的行的电荷加在一起荷加在一起读出，而垂直方向出，而垂直方向Binning是将相是将相邻的列的的列的电荷加在一起荷加在一起读出，出，Binning这一技一技术的的优点是能将几个像素点是能将几个像素联合起来作合起来作为一个像素使用，提高灵敏一个像素使用，提高灵敏度，度，输出速度，降低分辨率，当行和列同出速度，降低分辨率，当行和列同时采用采用Binning时，图像的像的纵横比并不改横比并不改变。如上如上图，当采用，当采用2:2Binning，图像的解析度将减少像的解析度将减少75%（1/2*2）。速度提高了接近于）。速度提高了接近于4倍。倍

16、。主要技主要技术参数参数综上：综上：1.1.有效像素多，拍摄的图像精度更高；有效像素多，拍摄的图像精度更高；2.2.帧频高，速度快，拍摄的运动过程更细致；帧频高，速度快，拍摄的运动过程更细致；3.CCD3.CCD的芯片，图像质量要比的芯片，图像质量要比CMOSCMOS的好一些，但速度慢；的好一些，但速度慢；4.4.像素尺寸大，能够更多地接收光子，不容易饱和；像素尺寸大，能够更多地接收光子，不容易饱和；5.5.对于高精密测量，应尽量使用整个像素面积都感光的芯片对于高精密测量，应尽量使用整个像素面积都感光的芯片,如如Full frame Full frame 和和 Frame transferFr

17、ame transfer；6.6.使用多通道传输的芯片，能提高传输速度；使用多通道传输的芯片，能提高传输速度；7.7.抗光晕技术，能够防止过度曝光对图像的影响；抗光晕技术，能够防止过度曝光对图像的影响；8.8.使用使用3-CCD3-CCD技术的彩色技术的彩色CCDCCD芯片，色彩更真实；芯片，色彩更真实；9.9.光谱响应范围宽，可以对多种类的光敏感光谱响应范围宽，可以对多种类的光敏感分分类由于光电转换设备和放大设备都是针对微观的电荷进行量化操作。就需要一个精密的器件来完成这两个过程。我们常用的是 CCD和CMOS CCDCCD：（：（Charge Coupled Device），），电荷藕合器

18、件荷藕合器件图像像传感器感器 电荷在像素之荷在像素之间依次依次传递，最，最终集中到串集中到串联寄存器，寄存器，转换为电压信号，然后放大，信号，然后放大，经模数模数转换后形成数字信号。后形成数字信号。CCD为了量化收集到的电荷信号，成像器件需要将电荷转化为电压，CCD芯片采用1个(或少数几个)读出节点将电荷转换为电压，因此需要将阵列中电荷依次转移到读出节点处，这个过程也就是电荷的转移。CCD中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称和势阱耦合引起的。CCD中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称引起的。电压高的地方，就会产生相对的势阱，电荷会聚集在势阱里。当高电压的位置按照一定方向转移时，势阱的位

19、置也会随之转移，如此，电荷就会随着移动。CCD为了将CCD芯片中的电荷转移到输出节点处，需要在各个像元的电极间施加不同的偏压，通过电平信号的变换实现电荷的转移。通常电荷转移又分为单相驱动、双相驱动、三相驱动和四相驱动等多种方式。这几种驱动方式除了电极构造和电压波形不同外，其转移方式都是一样的。CCD 而4相CCD，其势阱与势垒各占据2个电极的宽度阻隔相临像素间电荷的溢出能力更强。适用于高速时钟P1 P2 P3 P4 P1 P2CCDCCDCCD电荷电荷转移方式原理演示转移方式原理演示BucketSiphon pumpRain gaugeCCDDifferent bucketshold diff

20、erentamounts of rainCCD 电荷储存电荷储存 因为每个因为每个CCDCCD单元都是一个电容器，所以它能储存电荷。但单元都是一个电容器，所以它能储存电荷。但是，当有电荷包注入时，势阱深度将随之变浅，因为它始终要是，当有电荷包注入时，势阱深度将随之变浅，因为它始终要保持极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的保持极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的总和。每个极板下的势阱中所能储存的最大信息电荷量总和。每个极板下的势阱中所能储存的最大信息电荷量Q Q为为 Q QC CoxoxU UG GCCDCCD工作原理演示Contents of all buckets

21、move to leftCCDRain gaugeis emptiedCCDRain gaugeis emptiedCCDRain gaugeis emptiedCCDCCD当一个当一个CCDCCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就按照一行的方向转移出按照一行的方向转移出CCDCCD感光区域。为下一次感光放空间。感光区域。为下一次感光放空间。CCD 当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出。溢出的电荷会跑到相当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出。溢出的电荷会跑到相临的像素势阱里去。这样电荷的电量就不能如实反映原物。也就是常说的临的像

22、素势阱里去。这样电荷的电量就不能如实反映原物。也就是常说的bloomingblooming。要避免这种情况发生的方法：。要避免这种情况发生的方法：A A 把桶做大些把桶做大些 B B 让雨早点停让雨早点停C C 间歇地，把装满水的桶到出一些间歇地，把装满水的桶到出一些D D 做个导流管，让溢出的水流到地上去，不要流到其他桶里。做个导流管，让溢出的水流到地上去，不要流到其他桶里。CCD对应的方法：对应的方法：A A 增大单位像素尺寸增大单位像素尺寸B B 缩短曝光时间缩短曝光时间 缺点：对于暗的部分曝光不足缺点：对于暗的部分曝光不足C C 间歇开关时钟电压间歇开关时钟电压 缺点：会降低速度缺点：

23、会降低速度D D 溢出沟道和溢出门溢出沟道和溢出门 缺点：制作复杂，且还有缺陷缺点：制作复杂，且还有缺陷 所以，增大像素尺寸是最完善的做法。所以，增大像素尺寸是最完善的做法。CCDCCDCCD的电荷转移途径的电荷转移途径 光电荷的转移途径有光电荷的转移途径有CCDCCD表面沟道表面沟道(SCCD)(SCCD)和体沟道和体沟道(BCCD(BCCD，也称埋沟道，也称埋沟道)两种两种方式。其中表面沟道方式。其中表面沟道CCDCCD的电荷转移途径距离半导体的电荷转移途径距离半导体-绝缘体分界面较近，工艺绝缘体分界面较近，工艺简单，动态范围大，但信号电荷的转移受表面态的影响，转移速度和转移效率简单，动态

24、范围大，但信号电荷的转移受表面态的影响，转移速度和转移效率较低，工作频率一般在较低，工作频率一般在10MHz10MHz以下。为了消除这些缺点，提高以下。为了消除这些缺点，提高CCDCCD的工作速度，的工作速度，用离子注入的方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离界面而进入衬用离子注入的方法改变转移沟道的结构，从而使势能极小值脱离界面而进入衬底内部，形成体内的转移沟道，避免表面态的影响，这就是体沟道底内部，形成体内的转移沟道，避免表面态的影响，这就是体沟道CCDCCD，其转移，其转移效率大大提高，工作频率达到效率大大提高，工作频率达到100MHz100MHz，且能做成大规模集成器件。，且能做

25、成大规模集成器件。CCD电荷的输出电荷的输出 当完成对光敏元阵列的扫描后，当完成对光敏元阵列的扫描后，CCDCCD将光电荷从光敏区域将光电荷从光敏区域转移至屏蔽存储区域。而后，光电荷被按顺序转移至读出寄存转移至屏蔽存储区域。而后，光电荷被按顺序转移至读出寄存器。器。CCDCCD芯片中常用的输出方式包括电流输出、浮置扩散放大器芯片中常用的输出方式包括电流输出、浮置扩散放大器输出和浮置栅放大器输出。输出和浮置栅放大器输出。CCD CMOSCMOS：（：（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）互）互补性氧化金属半性氧化金属半导体体 每个像元都有独立的每个像元

26、都有独立的节点，点，转换为电压信号，然后放大，信号，然后放大，经模数模数转换后形成数字信号。后形成数字信号。电荷的产生电荷的产生CMOSCMOS光电传感器工作时，光电传感器工作时，p p型硅衬底和源极接电源负极，漏极接电源正极。型硅衬底和源极接电源负极，漏极接电源正极。当没有光线照射时，源极和漏极之间无电流通路，输出节点无电压输出。当当没有光线照射时，源极和漏极之间无电流通路，输出节点无电压输出。当光线照射到金属铝上方放置的光敏元件上时，由于光子的激发，在源极和漏光线照射到金属铝上方放置的光敏元件上时，由于光子的激发，在源极和漏极之间的极之间的p p型硅衬底上表面积累电荷，从而形成电流通路，在

27、输出节点上产生型硅衬底上表面积累电荷，从而形成电流通路，在输出节点上产生电压。由于光生电荷的数量与光强度成正比，在输出节点产生的电压也与光电压。由于光生电荷的数量与光强度成正比，在输出节点产生的电压也与光强成正比。强成正比。CMOSCMOS的像元结构相比的像元结构相比CCDCCD更为复杂，其相对较小的光敏区域降低了整体的更为复杂，其相对较小的光敏区域降低了整体的光敏特性，同时也降低了芯片的满阱容量。光敏特性，同时也降低了芯片的满阱容量。CMOS CMOS CMOS的像元结构相比的像元结构相比CCDCCD更为复杂，更为复杂，尽管没有单晶硅，不会减少对蓝光的灵尽管没有单晶硅，不会减少对蓝光的灵敏度

28、，但敏度，但其相对较小的光敏区域降低了整体的光敏特性，同时也降低了芯片其相对较小的光敏区域降低了整体的光敏特性，同时也降低了芯片的满阱容量的满阱容量。CMOS信号的输出信号的输出 CMOSCMOS像元中产生的电荷信号在像元内部被直接转化为电压信号，当选通开关像元中产生的电荷信号在像元内部被直接转化为电压信号，当选通开关开启时直接输出，这也是开启时直接输出，这也是CCDCCD和和CMOSCMOS之间最大的差别。目前大多数的之间最大的差别。目前大多数的CMOSCMOS都采用都采用有源像元，每个像元中都有三个晶体管，分别用以放大信号、地址选通和复位，有源像元，每个像元中都有三个晶体管，分别用以放大信

29、号、地址选通和复位，因此也被称为因此也被称为3T CMOS3T CMOS。为了实现更多功能，如增加电子开关、全局快门互阻抗。为了实现更多功能，如增加电子开关、全局快门互阻抗放大器以降低固定图像噪声的相关双采样保持电路等，已相继出现了放大器以降低固定图像噪声的相关双采样保持电路等，已相继出现了4T4T，5T5T和和6T6T的的CMOSCMOS（T T前数字代表每个像元中晶体管的数目）。增加像元中晶体管的数目，前数字代表每个像元中晶体管的数目）。增加像元中晶体管的数目，帮助芯片实现更多的功能并弥补某些缺点，如噪声高、快门一致性差等缺点。帮助芯片实现更多的功能并弥补某些缺点，如噪声高、快门一致性差等

30、缺点。但由于这些晶体管是遮光的，同时也进一步降低了芯片的填充因子，降低了芯但由于这些晶体管是遮光的，同时也进一步降低了芯片的填充因子，降低了芯片的灵敏度。片的灵敏度。CMOS早期的早期的CMOSCMOS芯片无法将放大器放在像素位置以内，称为无源光敏机构，芯片无法将放大器放在像素位置以内，称为无源光敏机构，CMOSCMOS像元主要由光像元主要由光电二极管和地址选通开关构成，填充因子较高，但噪声也较大。电二极管和地址选通开关构成，填充因子较高，但噪声也较大。CMOS(1)(1)成像过程：两者的光电转换原理相同，主要差别在于信号的读出过程成像过程：两者的光电转换原理相同，主要差别在于信号的读出过程不

31、同。不同。CCDCCD仅有一个仅有一个(或少数几个或少数几个)输出节点统一读出，其信号输出的一致性非输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而常好；而CMOSCMOS中每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷中每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压转换，电压转换，信号输出的一致性较差。信号输出的一致性较差。CCDCCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在带宽较宽，而在CMOSCMOS中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，但数以百万的放大器的不一致性

32、却带来了更高的固定噪声。芯片的功耗，但数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声。CCD和和CMOS对比比(2)(2)集成性：集成性：CCDCCD中的电路和器件是集成在半导体单晶材料上，工艺较复杂。中的电路和器件是集成在半导体单晶材料上，工艺较复杂。其仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模数转换器、图像信号处其仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模数转换器、图像信号处理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源和同步时钟控制电路，集成度非常低。而度非常低。而CMOSCMOS能将图像信号放大器、信号读取电路、能将图

33、像信号放大器、信号读取电路、A/DA/D转换电路、图像转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，集成度高，芯片级相机的概念也信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，集成度高，芯片级相机的概念也是从这里产生的。是从这里产生的。CCD和和CMOS对比比(3)(3)速度：速度：CCDCCD采用这个光敏元输出，只能按规定的程序输出，速度较慢。采用这个光敏元输出，只能按规定的程序输出，速度较慢。CMOSCMOS有多个电荷有多个电荷-电压转换器和行列开关控制，读出速度较快。此外，电压转换器和行列开关控制，读出速度较快。此外，CMOSCMOS的的地址选通开关可随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口

34、图像时可获得更地址选通开关可随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可获得更高的速度。高的速度。CCD和和CMOS对比比(4)(4)噪声：噪声：CCDCCD采用采用PNPN结或二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对结或二氧化硅隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOSCMOS有一有一定的优势。而定的优势。而CMOSCMOS的集成度较高，各元件、电路之间距离很近，干扰较为严重，的集成度较高，各元件、电路之间距离很近，干扰较为严重，噪声对图片质量影响很大。噪声对图片质量影响很大。(5)(5)功耗：功耗：CCDCCD需要需要3 3路电源来满足特殊时钟的需求，功耗较大；路电源来满足特殊时钟的需求，功耗较

35、大；CMOSCMOS只需一只需一个电源供电，功耗仅为个电源供电，功耗仅为CCDCCD的的1/101/10。CCD和和CMOS对比比特点CCDCMOS性能CCDCMOS输出的像素信号输出的像素信号电荷包电压响应度响应度中较高芯片输出的信号芯片输出的信号电压（模拟）数据位（数字）动态范围动态范围高中相机输出的信号相机输出的信号数据位（数字）数据位（数字）一致性一致性高中填充因子填充因子高中快门一致性快门一致性快速，一致较差放大器适配性放大器适配性不涉及中速度速度中到高更高系统噪声系统噪声低中到高图像开窗功能图像开窗功能有限非常好系统复杂度系统复杂度高低抗拖影性能抗拖影性能高（可达到无拖影）高芯片复

36、杂度芯片复杂度低高时钟控制时钟控制多时钟单时钟相机组件相机组件PCB+多芯片+镜头单芯片+镜头工作电压工作电压较高较低 CCD和和CMOS对比比总结：总结：类别类别CCDCMOS原理相关原理相关填充因子填充因子高中感光量体现感光量体现电荷电压信号输出形式信号输出形式（电压）模拟位（数字）灵敏度灵敏度优良动态范围动态范围优良一致性一致性高低，中窗口选择窗口选择受限可扩展抗光晕抗光晕高-无高信号匹配程度信号匹配程度高低快门一致性快门一致性快（FF除外）差速度速度中-高较高 CCD和和CMOS对比比类别类别CCDCMOS生产相关生产相关生产线生产线专用，技术复杂通用，在存储器生产线基础上集成情况集成

37、情况低，需要外部多片芯片配合实现高，单片高度集成应用相关应用相关相机开发难度相机开发难度高低系统功耗系统功耗高（1）低（1/101/100）体积体积大-中小成本成本高低抗辐射能力抗辐射能力弱强 CCD和和CMOS对比比 从以上的对比可以看出：从以上的对比可以看出：CCDCCD在图像的质量上更有优势。而常见的高速摄像在图像的质量上更有优势。而常见的高速摄像头则会采用头则会采用CMOSCMOS芯片。芯片。CCD和和CMOS对比比 CCD和和CMOS的的发展展趋势 CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。目前，市场销售的数码

38、摄像头中以CMOS感光器件的为主。在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响，同时由于CCD耗电量大，工艺复杂，像素提高难度加大。未来，主要看CMOS在成像质量和CCD成本控制方面谁做的更好，就就能占领更大市场。CCD和CMOS的未来 4 4 徕卡显微镜摄像头参数介绍徕卡显微镜摄像头参数介绍 4 4 徕卡显微镜摄像头参数介绍徕卡显微镜摄像头参数介绍