工业相机技术基础 _CMOS传感器
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工业相机技术基础 _CMOS传感器

小施 2021-01-07 9102 0


CMOS传感器越来越多地用于机器视觉中。这些图像传感器技术原因还是会产生模糊图像,然而随着改进了生产技术,很多问题都得到了改善,像素上的微透镜(以扩大光敏表面)和背面照明的CMOS传感器有了新的突破。由于将读出电子设备集成到传感器中,因此更加节能,便宜和紧凑。对于机器视觉而言,高光晕效果的高抵抗力以及高帧频有所突破,是一件让技术人员兴奋的事情。

典型的传感器布局

CMOS代表“互补金属氧化物半导体”,并且描述了某种类型的电子电路。与CCD传感器一样,这些传感器也基于光电效应,并将入射的光子转换为电荷。与CCD传感器的区别在于传输信息的方式不同。

电容器与每个单独的光电二极管并联连接,并由光电流充电。产生的电压与亮度和曝光时间成正比。与CCD相反,在曝光期间聚集的电子不会转移到一个读出放大器,但是每个单个图像元素都与一个放大器相关联,该放大器直接为模拟信号处理器提供该电容器电压。在CMOS传感器的情况下,几个晶体管与光敏二极管相关联,这些晶体管将累积的电荷转换为可测量的电压。

因此,每个像素可以通过电子方式单独读取,而不必像CCD传感器一样移动。过度曝光的结果是较少的起霜。缺点是附加的晶体管吸收入射光,不能用作光敏表面(表示为填充系数)。结果,从理论上讲,一个人获得的图像信息更少,并且在微弱的光线下效果更差。

具有全局快门或滚动快门的CMOS

就像CCD传感器一样,最先进的CMOS传感器可以同时清空所有像素的电荷,捕获图像并同步读出。具有全局快门的CMOS传感器需要每像素更多的晶体管,这是以图像质量为代价的,因为以此方式进一步减小了表面上的感光空间。

因此带有卷帘的CMOS传感器往往更便宜,但是由于较大的光敏表面保持了总尺寸,它们可以提供更好的图像。如今,数字单镜头反光相机使用滚动快门CMOS传感器,额外的机械快门完全解决了连续曝光和读出的问题。

CMOS传感器技术的优缺点

优点

由于电荷通过集成的读取电子设备将像素直接转换为电压而转换为电压,因此与CCD传感器相比有很多优点:

  1. 降低能耗

  2. 摄像头尺寸更小

  3. 与相同尺寸的CCD相比,帧速率高

  4. 由于可以直接寻址单个像素,因此读数灵活,可以实现更多的合并和部分扫描的可能性

  5. 与CCD传感器相比,大大减少了起霜现象

  6. 在近红外范围内具有更高的灵敏度

缺点

由于电荷通过集成的读取电子设备将像素直接转换为电压而转换为电压,因此与CCD传感器相比,还有一些技术缺点:

  1. 由于生产公差,像素之间的灵敏度差异更大,在拜耳传感器的情况下,这会导致更强的颜色噪声;在单色相机的情况下,这被称为固定模式噪声。

  2. 显着降低填充因子,从而降低了对光的敏感性。如果以低亮度拍摄图像,通常会增加图像噪点。但是CMOS传感器逐年变得越来越好...


标签:cmos工业相机

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