CMOS相机和CCD相机原理浅析

       机器视觉系统中,CMOS相机和CCD相机应用最为广泛,两者的主要区别是从芯片中读出数据的方式不同。 

          
CMOS相机和CCD相机原理浅析 图1   CMOS传感器及其原理示意图        CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)是互补金属氧化物半导体的简称。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,当光电二极管接受光照并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。在CMOS传感器中,每一个感光元件都可产生最终的数字输出,所得数字信号合并之后被直接送交DSP芯片处理。

      由于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。不过,CMOS具有超过CCD的几个优点,它适于要求小尺寸、低价格、对图像质量要求不高的应用,而且,CMOS的功耗低,是CCD功耗的百分之一。
CMOS相机和CCD相机原理浅析

图2   面阵CCD传感器及其原理示意图
CMOS相机和CCD相机原理浅析 

图3   面阵CCD结构示意图        CCD(Charge Coupled Device)是电荷耦合器件的简称。CCD传感器采用MOS结构,是一个光敏像素的阵列。CCD相机按照其使用的CCD器件分为线阵式和面阵式两大类,其中线阵CCD相机一次只能获得图像的一行信息,而面阵相机可以一次获得整幅图像的信息。目前在机器视觉系统中以面阵CCD相机应用较多。CCD表面的感光像点受到光线照射时,感光元件产生与光强相对应的电流,而且,每一个感光元件都不对产生的模拟电流信号作进一步处理,而是将它直接输出到下一个寄存器。最后,所有的感光像点所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的图像。

      CCD的结构由上至下分为三层:第一层是“微型镜头”,其作用是扩展单一像素的受光面积;第二层是“分色滤色片”,采用RGB分色法或CMYK分色法对彩色图像进行分色,让每个像素感应不同颜色的光,然后通过计算将这些颜色组合成一个有效的像素;第三层是“感光层”,主要负责将穿过滤色层的光转换成电子信号,并将信号传送到图像处理芯片。CCD以其体积小、重量轻、寿命长且抗冲击、清晰度高等特点在机器视觉系统中得到广泛应用。

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