TDA2030功放电路图 电动车充电器电路图 电子电路 功放电路 电子制作 集成块资料 电子报 pcb 变压器 元器件知识 逆变器电路图 电路图 开关电源电路图 传感器技术 led 电磁兼容
电子电路图
当前位置: 首页 > 传感器技术

关于图像传感器的9个知识点(图文)

时间:2019-01-29 14:27:35来源:网络 作者:admin 点击:
典型图像传感器的核心是CCD单元(charge-coupled device,电荷耦合器件)或标准CMOS单元(complementary meta-oxide semiconductor,互补金属氧化物半导体)。CCD和CMOS传感

典型图像传感器的核心是CCD单元(charge-coupled device,电荷耦合器件)或标准CMOS单元(complementary meta-oxide semiconductor,互补金属氧化物半导体)。CCD和CMOS传感器具有类似的特性,它们被广泛应用于商业摄像机上。不过,现代多数传感器均使用CMOS单元,这主要是出于制造方面的考虑。传感器和光学器件常常整合在一起用于制造晶片级摄像机,这种摄像机被用在类似于生物学或显微镜学等领域,如图1所示。

图1:整合了光学器件和颜色过滤器的图像传感器的常用排列

图像传感器是为满足不同应用的特殊目标而设计的,它提供了不同级别的灵敏度和质量。想要熟悉各种传感器,可查阅其厂商信息。例如,为了在硅基模和动态响应(用于实现光强度和颜色检测)之间有一个最好的折中,对一个特定的半导体制造过程,需优化每个光电二极管传感器单位的大小和组成成分。

对计算机视觉而言,采样理论的效果具有重要意义,如目标场景的像素范围就会用到Nyquist频率。传感器分辨率和光学器件能一起为每个像素提供足够的分辨率,以便对感兴趣特征进行成像,因此有这样的结论:兴趣特征的采样(或成像)频率应该是重要像素(对感兴趣的特征而言)中最小像素大小的两倍。当然,对成像精度而言,两倍的过采样仅仅是一个最低目标,在实际应用中,并不容易决定单像素宽度的特征。

对于给定的应用,要取得最好的结果,需校准摄像机系统,以便在不同光照和距离条件下确定像素位深度(bit depth)的传感器噪声以及动态范围。为了能处理传感器对任何颜色通道所产生的噪声和非线性响应,并且检测和校正像素坏点、处理几何失真的建模,需发展合适的传感器处理方法。如果使用测试模式来设计一个简单标定方法,这种方法在灰度、颜色、特征像素大小等方面具有由细到粗的渐变,就会看到结果。

1、传感器材料

硅制图像传感器应用最广,当然也会使用其他材料,比如在工业和军事应用中会用镓(Ga)来覆盖比硅更长的红外波长。不同的摄像机,其图像传感器的分辨率会有所不同。从单像素光电晶体管摄像机(它通过一维直线扫描阵列用于工业应用),到普通摄像机上的二维长方形阵列(所有到球形整列的路径均用于高分辨率成像),都有可能用到。(本章最后会介绍传感器配置和摄像机配置)。

普通成像传感器采用CCD、CMOS、BSI和Foveon方法进行制造。硅制图像传感器具有一个非线性的光谱响应曲线,这会很好地感知光谱的近红外部分,但对蓝色、紫色和近紫外部分就感知得不好(如图2所示)。

图2:几种硅光电二极管的典型光谱响应。可以注意到,光电二极管在900纳米附近的近红外范围内 具有高的敏感度,而在横跨400纳米~700纳米的可见光范围内具有非线性的敏感度。 由于标准的硅响应的缘故,从摄像机中去掉IR滤波器会增加近红外的灵敏度。(光谱数据图像的使用已获得OSI光电股份有限公司的许可)

注意,当读入原始数据,并将该数据离散化成数字像素时,会导致硅光谱响应。传感器制造商在这个区域做了设计补偿,然而,当根据应用标定摄像机系统并设计传感器处理方法时,应该考虑传感器的颜色响应。

2、传感器光电二极管元件

图像传感器的关键在于光电二极管的大小或元件的大小。使用小光电二极管的传感器元件所捕获的光子数量没有使用大的光电二极管多。如果元件尺寸小于可捕获的可见光波长(如长度为400纳米的蓝光),那么为了校正图像颜色,在传感器设计中必须克服其他问题。传感器厂商花费大量精力来设计优化元件大小,以确保所有的颜色能同等成像(如图3所示)。在极端的情况下,由于缺乏累积的光子和传感器读出噪声,小的传感器可能对噪声更加敏感。如果二极发光管传感器元件太大,那么硅材料的颗粒大小和费用会增加,这没有任何优势可言。一般商业传感器设备具有的传感器元件大小至少为1平方微米,每个生产厂商会不同,但为了满足某些特殊的需求会有一些折中。

图3:基本颜色的波长分配。注意,基本颜色区域相互重叠, 对所有的颜色而言,绿色是一个很好的单色替代品

3、传感器配置:马赛克、Faveon和BSI

图4显示了多光谱传感器设计的不同片内配置,包括马赛克和堆叠方法。在马赛克方法中,颜色过滤器被装在每个元件的马赛克模式上。Faveon传感器堆叠方法依赖于颜色波长深度渗透到半导体材料的物理成分,其中每种颜色对硅材料进行不同程度的渗透,从而对各自的颜色进行成像。整个元件大小可适用于所有颜色,所以不需要为每种颜色分别配置元件。

图4:(左图)堆叠RGB元件的Foveon方法:在每个元件位置都有RGB颜色, 并在不同的深度吸收不同的波长;(右图)标准的马赛克元件:在每个光电二极管上面放置一个RGB滤波器,每个滤波器只允许特定的波长穿过每个光电二极管

反向照明(back-side illuminated,BSI)传感器结构具有更大的元件区域,并且每个元件要聚集更多的光子,因而在晶粒上重新布置了传感器接线。

传感器元件的布置也影响到颜色响应。例如,图5显示了基本颜色(R、G、B)传感器以及白色传感器的不同排列,其中白色传感器(W)有一个非常清晰或非彩色的颜色滤波器。传感器的排列考虑到了一定范围的像素处理,如在传感器对一个像素信息的处理过程中,会组合在邻近元件的不同配置中所选取的像素,这些像素信息会优化颜色响应或空间颜色分辨率。实际上,某些应用仅仅使用原始的传感器数据并执行普通的处理过程来增强分辨率或者构造其他颜色混合物。

图5:元件颜色的几个不同马赛克配置,包括白色、基本RGB颜色和次要CYM元件。 每种配置为传感器处理过程优化颜色或空间分辨率提供了不同的方法(图像来自于《Building Intelligent Systems》一书,并得到Intel出版社的使用许可)。

整个传感器的大小也决定了镜头的大小。一般来说,镜头越大通过的光越多,因此,对摄影应用而言,较大的传感器能更好地适用于数字摄像机。另外,元件在颗粒上排列的纵横比(aspect ratio)决定了像素的几何形状,如,4:3和3:2的纵横比分别用于数字摄像机和35毫米的胶片。传感器配置的细节值得读者去理解,这样才能够设计出最好的传感器处理过程和图像预处理程序。

4、动态范围和噪声

当前,最先进的传感器每个颜色单元能提供至少8个比特位,通常是12~14个比特位。传感器元件需要花费空间和时间来聚集光子,所以较小的元件必须经过精心设计,以避免产生一些问题。噪声可能来自于所用的光学元件、颜色滤波器、传感器元件、增益和A/D转换器、后期处理过程或者压缩方法等。传感器的读出噪声也会影响到实际的分辨率,因为每个像素单元从传感器中读出再传到A/D转换器中,从而组成数字形式的行和列,以便用于像素转换。越好的传感器会产生越少的噪声,同时会得到更高效的比特分辨率。Ibenthal 的工作是降噪方面的好文献。本文由容源电子网(www.dziuu.com)整理提供,部分内容来源于网络,如有侵犯到你的权利请与我们联系更正。

本文地址:http://www.dziuu.com/cgq/15487433083125.shtml


本文标签:


.
12下一页尾页
顶一下
0%
返回首页
0
0%

------分隔线----------------------------

    猜你感兴趣:

  • UV-AR符合铁路应用EN 50317-2002标准,可用于动车组、

    弓网动态接触力是评估弓网受流质量、接触网状态和滑板磨耗情况、诊断接触网局部缺陷的关键参数。考虑现有接触力检测方法存在的不足与缺陷,提出了一种基于光纤应变传感器测定接触力的方法。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 勒夫迈|气体传感器与颗粒物传感器常用的有哪些?

    随着智能化生活的不断发展,智能家居、机器人、智能设备已经广泛应用在生活中。而这些应用中也包括了各种功能的传感器,传感器通过感知传送到设备中心做出应答。其中比较常
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 应用于博物馆环境中紫外线强度检测中的紫外线传感器

    地质博物馆陈列室的监测(包括自然采光以及萤光灯为主的人工采光陈列室),结果表明,对博物馆陈列或收藏环境而言,波长在320nm以下的紫外辐射几乎不存在。因此,开展标本保护工作只要对320 - 300nm之间的紫外辐射加以处理就能达到目的。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 应用在射频条件下木材干燥试验过程中温湿度和压力监控

    射频(RF)是Radio Frequency的缩写,表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300kHz~300GHz之间。射频就是射频电流,简称RF,它是一种高频交流变化电磁波的简称。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 室内PM2.5污染物来源与PM2.5传感器的应用

    空气质量的好坏影响着人们的身心健康,每当雾霾天气到来都会建议大家减少户外工作。然而,随着人们对于室内空气质量的认识加深,室内PM2.5监测也渐渐受到关注。PM2.5粒径小,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质,在室内通风不畅的密闭空间中,更容易长时间侵害身体健康,下面来看看室内PM2.5污染物来源与PM2.5传感器的应用。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 颗粒物传感器在在线监测仪的测量原理

    近年来, PM2.5/PM10/TSP等细颗粒物成为空气污染的主要因素,多数城市已在开展细颗粒物在线监测工作。由于其价格低廉、携带方便等优点,目前颗粒物传感器受到大众的青睐。现有的颗粒物传感器的测量原理有电学原理、光学原理,其中光学原理主要包括红外和激光。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 空气净化器中使用的粉尘传感器推荐

    粉尘和细菌在室内环境中很常见,而粉尘对肺部的影响很大。人一旦吸入过多的粉尘,会严重影响身体健康,并可能引发疾病。因此,消除室内粉尘细菌非常重要,空气净化器依靠独特的技术来净化这些成分,这也为室内空气提供了更大的保护。

    而作为衡量空气质量的重要组件,粉尘传感器是空气净化应用中的重中之重,粉尘/PM2.5传感器已经成为净化设备或净化系统的标准安装元件。越来越多的空气净化器使用粉尘传感器,已经达到了智能控制设备的目的。粉尘传感器在采样后输出信号值,空气净化器的主控制面板根据接收到的信号调整净化档位。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 温湿度传感器应用在机房监控温湿度系统中的环境温湿度

    温湿度传感器的应用非常广泛,在各种领域都有使用,尤其是在需要实时记录温湿度等参数变化的场所中最为明显。有了这样的温湿度传感器人们和各种系统就可以根据设备记录的内容,对其进行科学高效的管理,分析和控制。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 紫外传感器用于电路板电火花监测

    随着科技的发展,各类家用电器成为我们生活中不可或缺的一部分,但作为电器产品,操作不当或者长时间使用设备老化,会出现漏电故障。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 智能家居中常见的传感器,你知道吗?

    智能家居的发展和普及使人们的生活更加便捷和智能,智能家居是个系统的产品概念,而传感器是把传统家居设备如门窗、灯光等连接起来的“桥梁”。通过各式各样的传感器设备,实现了智能家居的场景化,在未来,也会有更多功能的传感器应用在智能家居中,让人们体验智能化生活的乐趣,下面来看看智能家居中常见的传感器。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 光纤压力传感器在血流储备分数(FFR)系统中的应用

    随着人口老龄化进程的加速以及不良生活方式的流行,中国心血管疾病发病率持续上升。目前我国冠心病患者达2000万人,每年新增患者超过一百万人。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • PM2.5传感器有哪些常见的应用领域?

    秋冬季节来临,一些工业发达、人口密集的城市由于大气污染很容易出现雾霾天气,雾霾是空气中的粉尘长时间漂浮与水蒸气结合的气溶胶,它影响着大气环境,也影响人们呼吸道健康。为了能够及时监测空气质量减少粉尘对人们的伤害,PM2.5传感器的应用给人们带来更舒适健康的生活环境,下面来看看PM2.5传感器有哪些常见的应用领域?
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 高精度湿度测量传感器模块用于空调控制板上检测室内环

    随着现在社会的不断发展,人们的生活水平也在不断的提高,生活品质也越来越好,现在几乎每一个家庭都有安装空调,空调的出现给我们的生活带来了很大的方便,使用也是非常方便的,空调里面有一个控制板,空调就是通过控制板进行工作的。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 解读构成空气净化器的重要元器件--粉尘传感器

    对于在经常受到环境污染的城市中生活的人们来说,空气净化器已经成为标配的家用电器,空气净化器可以很大程度地帮助室内净化空气,消灭粉尘、甲醛等有害物质。空气净化器的功能实现需要各个模块各司其职,现在,我们要解读构成空气净化器的重要元器件--粉尘传感器。


    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • UV-LED紫外消毒灯可以有效灭杀气溶胶中附着的新冠病毒

    UV-LED紫外消毒灯一般指发光中心波长在400nm以下的LED,但有时将发光波长大于380nm时称为近紫外LED,而小于300nm时称为远紫外LED。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 用于激光碎石过程压力和温度监控设备中的光纤传感器

    光纤传感器作为一种新型的传感器件,具有传统传感器无法比拟的优势,如:测量精度高、测量动态范围大、响应速度快、不受电磁干扰、防爆防燃、防腐蚀、易于远距离测量和复用、尺寸小、结构简单、机械强度高等。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 如何选择一款好的温湿度传感器?

    温湿度传感器只是传感器其中的一种而已,只是把空气中的温湿度通过一定检测装置,测量到温湿度后,按一定的规律变换成电信号或其他所需形式的信息输出,用以满足用户需求。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 环境监测传感器市场进步快,打造国际化的传感器产业园

    传感器市场进步迅速,民用市场更是加紧了脚步,国产的仪器基本可以代替进口的产品。随着我国节能减排工作的深入实施和人民群众对环境问题的日益重视,环境监测传感器在我们的日常生产和生活中,扮演着越来越重要的角色。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 烟卷配送库房温湿度监控系统中应用的温湿度传感器

    以前,卷烟物流配送中心仓库如果在夜晚断电,相关管理人员已下班回家,无法了解到相关情况。而设备一直处于无人监管的状态后,可能会因机房内部环境高温导致信息设备的损坏。
    关键词:   所属栏目:传感器技术

  • 超声波传感器的原理和应用

    超声波传感器的原理和应用本文就应用声波进行“检测”介绍超声波传感器的功能示例。检测距离距离可以通过测量超声波反射时间来计算。由于不受颜色的影响,因此透
    关键词:   所属栏目:元器件知识

发表评论
请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。
表情:
名称: E-mail: 验证码: 匿名发表
发布文章,推广自己产品。
推荐内容
热门标签