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科学领域应用中,相机图像传感器之间的异同点
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时间:2013-12-04 17:07:35

 

         如果对于完整的机器视觉系统来说,相机作为图像获取的主要工具,是最为核心的系统组件,那么图像传感器作为相机成像的凭借,担负着信号采集与转换的重任,无疑是核心中的核心了。在科学领域应用中,科学级相机图像传感器主要有两种,一种是CCD传感器,另一种是CMOS传感器,两者各具特点,各有长短,那么,它们之间的异同点究竟都表现在什么地方呢?

         当然,同属于图像传感器,不管是CCD,还是CMOS,必然是存在一定相同之处的,那就是工作原理。两者都是通过光电二极管结构接受入射光,并同时进行将光信号转换成电信号的这一步骤,以此来实现科学级相机的信号获取与转换功能。

         但是,即便两者有着共同的工作原理,但不管是在内部结构上,还是在信号读取方式上,两者还都存在着明显的差异,因此,CCD传感器与CMOS传感器两者之间必然也还存在着一系列的不同之处,其主要表现在:

         1、内部结构。CCD,中文全称电荷耦合元件,是一种半导体器件;CMOS,中文全称互补金属氧化物半导体,是一种由电压控制的放大器件。CCD每行像素点只对应着一个ADC,每一个感光元件的信号都能形成统一的输出,同时这些输出的数据经放大器统一处理之后,每个像点的电信号强度都可以获得同样幅度的增大;而CMOS每个像素点旁都连着一个ADC,这就使其无法保证每个像点的放大率都是严格一致的,同时也无形中增加了噪声的干扰影响。这一结构上的差异,直接导致了在图像品质上,CCD传感器要优胜于CMOS传感器。

         2、信息读取方式。CCD传感器与CMOS传感器虽然都是以同样的工作原理进行信号的采集和转换,但经转换后的信号读取方式却是不同的。CCD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再进行读取,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。而CMOS光电传感器经光电转换后却是可直接产生电流信号,那么,其信号读取就相对较为简单了。

         3、耗电量。CMOS采用的是主动式图像采集方式,感光二极管所产生的电荷会直接由旁边的电晶体放大输出;而CCD则采用的是被动式采集方式,必须外加12~18V的电压以使每个像素中的电荷移送到传输通道,因此CCD就必须有更精密的电源线路和耐压强度。CCD大多需要三组电源供电,而CMOS,只需使用一个电源,相对耗电量较小。

        4、灵敏度与速度。CMOS是以点为单位的电荷信号,而CCD是以行为单位的电流信号,在读取信号时 ,CMOS就是点直接读取信号,而CCD则是行间接读取信号,因此,在像素尺寸相同的情况下,CCD的灵敏度无疑是要高于CMOS的。不过,相对应的,由于CCD是以行为单位一位一位地输出信息,而CMOS可以同时取出电信号,因此,在速度上,却是CMOS略占优势了。

        PixeLINK是一家加拿大公司,主要生产和销售机器视觉和生命科学领域的工业相机与科学级相机。PixeLINK相机使用CMOS和CCD传感器以及最先进的数字总线技术,如火线(1394),USB接口2.0和千兆以太网,为客户提供了多种选择。

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