0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

三种CCD图像传感器类型的特点和优缺点

汽车玩家 来源:传感器专家网 作者:传感器爱好者 2020-04-04 18:04 次阅读

本文介绍了三种CCD(电荷耦合器件)图像传感器体系结构的特点、优点和缺点。任何CCD图像传感器的两个最基本的元素是光敏区域(例如固定光电二极管)和电荷传输结构(即水平和垂直移位寄存器)。但是这些元素可以以不同的方式组织和实现,因此“ CCD”是一个由多个子类别组成的常规图像传感器类别。在本文中,我们将研究全帧(FF)、帧传输(FT)和线间传输(IT)CCD体系结构。

全帧(Full-Frame)CCD

半导体区域既可以作为光电元件,也可以作为电荷转移器件,这有点违反直觉,但这正是FF CCD中发生的事情。在集成过程中,像素位置响应入射光子积累电荷,在集成之后,电荷包垂直地通过像素位置向水平移位寄存器移动。

一般情况下,我们通过应用精心定时的时钟信号来获得CCD像素数据,这些时钟信号依次在器件的电荷传输结构中产生电位阱和电位屏障。在全帧CCD中,我们需要能够将这些控制电压应用到同样起光电探测器作用的区域,因此,栅极电极由透明多晶硅制成。

全帧CCD相对而言比较简单且易于制造,并且它们允许整个CCD表面具有光敏性。这使硅的给定区域中可以包含的像素数量最大化,同时也使每个像素中实际上能够将光子转换为电子的部分最大化。

然而,一个主要的限制是需要一个机械快门(或一个同步的、短时间的光源称为频闪)。CCD的光激活区并不会因为你已经决定是时候执行读出而停止光激活。如果没有在曝光周期完成后阻挡入射光的机械快门,则在(有意)集成期间生成的电荷包将被读出期间到达的光损坏。

三种CCD图像传感器类型的特点和优缺点

这是全帧CCD的基本架构

帧传输(Frame-Transfer)CCD

一般来说,我们更喜欢用电子方式控制曝光,快门(像任何其他快速移动的高精度机械设备一样)使设计更加复杂,最终产品更加昂贵,整个系统更容易出现故障。在电池供电的应用中,驱动物理物体所需的额外能量也是不可取的。

FT-CCD允许我们保持FF-CCD的一些优点,同时(几乎)不需要快门。这是通过将FF CCD分成两个大小相等的部分来实现的。其中一个部分是普通的光敏成像阵列,另一个部分是屏蔽入射光的存储阵列。

在集成之后,用于所有像素的电荷包被快速地传输到存储阵列,然后在存储阵列中发生读出。当读取存储位置时,活动像素可以为下一图像累积电荷,这使得帧传输CCD能够获得比全帧CCD更高的帧速率。

说FT架构几乎消除了快门,因为无快门设计会遇到一个称为垂直涂抹的问题。电荷包从活动像素到存储位置的传输很快,但不是瞬间发生的,因此在垂直传输期间到达传感器的光可以改变图像信息。

FT架构的主要缺点是成本较高,并且相对于图像质量而言面积增大,因为基本上是使用FF传感器,然后将像素数减少两倍。

三种CCD图像传感器类型的特点和优缺点

帧传输CCD在全帧架构中增加了一个存储阵列

线间传输(Interline-Transfer)CCD

我们需要的最后一个主要的架构改进是将集成电荷快速转移到存储区域,从而将污迹降低到可以忽略的程度。线间传输CCD通过提供与每个光活动位置相邻的存储(和传输)区域的网络来实现这一点。曝光完成后,传感器中的每个电荷包同时传输到非光敏垂直移位寄存器中。

因此,它的CCD能够以最小的拖影实现电子快门,并且像FT-ccd一样,它们可以在读出期间集成,从而保持较高的帧速率能力。然而,如果光生电荷在读出过程中从光活性柱泄漏到相邻的垂直移位寄存器中,则可能发生一些涂抹。如果应用程序不需要高帧速率,则可以通过延迟积分直到读出完成来消除此问题。

线间CCD不需要帧传输CCD中使用的大存储部分,但它们引入了一个新的缺点:传感器成为将光子转换为电子的效率较低的手段,因为每个像素位置现在都由光电二极管和垂直移位寄存器的一部分组成。换言之,部分像素对光不敏感,因此相对于落在像素区域上的光的量产生较少的电荷。这种灵敏度的损失通过在传感器上添加将入射光集中到每个像素的光活动区域的微小透镜而大大减轻,但是这些“微透镜”有其自身的一系列困难。

三种CCD图像传感器类型的特点和优缺点

在行间传输架构中,存储(和垂直传输)区域位于光活性柱之间。

结论

希望这篇文章能帮助理解在设计CCD图像传感器时所涉及的权衡。全帧CCD可能看起来是最“原始”的类型,但它们仍然是不需要高帧速率的系统中的首选,并且可以容忍闪光灯或机械快门的使用。帧传输CCD和线间传输CCD具有更多的用途,在某些应用中具有关键的优势。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • CCD
    CCD
    +关注

    关注

    32

    文章

    881

    浏览量

    142237
  • 图像传感器
    +关注

    关注

    68

    文章

    1898

    浏览量

    129539
  • 电荷
    +关注

    关注

    1

    文章

    628

    浏览量

    36136
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    不同类型传感器优缺点 常见传感器类型及其应用

    传感器作为现代科技的重要组成部分,广泛应用于各个领域。以下是对不同类型传感器优缺点及其常见应用的归纳: 一、常见传感器
    的头像 发表于 12-06 10:44 641次阅读

    工业温度传感器优缺点 温度传感器在智能家居中的应用

    工业温度传感器优缺点 优点 高精度 :工业温度传感器通常具有较高的精度,能够提供准确的温度读数,这对于需要精确控制温度的工业过程至关重要。 耐用性 :这些传感器通常设计用于在恶劣的工
    的头像 发表于 11-22 09:30 276次阅读

    不同类型adc的优缺点分析

    ADC(模数转换)是将模拟信号转换为数字信号的电路,根据转换原理和应用需求的不同,ADC可以分为多种类型,每种类型都有其独特的优缺点,以下是对不同
    的头像 发表于 11-19 16:58 768次阅读

    CMOS图像传感器优缺点

    CMOS图像传感器的优点 1. 成本效益 CMOS图像传感器的生产成本相对较低。由于CMOS威廉希尔官方网站 与半导体制造工艺兼容,可以在同一生产线上制造,这降低了制造成本。此外,CMOS
    的头像 发表于 11-14 09:57 616次阅读

    AJ601PGAP1AA1AMA/E雷达传感器和红外传感器优缺点对比

    雷达传感器和红外传感器各有其独特的优缺点。在实际应用中,需要根据具体需求和场景来选择适合的传感器类型。例如,在需要高精度测量和抗干扰能力强的
    的头像 发表于 10-15 15:42 298次阅读

    图像传感器的参数有哪些

    图像传感器是现代电子设备中不可或缺的组成部分,广泛应用于手机、相机、监控系统、医疗成像、工业检测等领域。它负责将光信号转换为电信号,从而实现图像的捕获和处理。 一、图像
    的头像 发表于 10-12 11:32 579次阅读

    温度传感器输出信号类型

    温度传感器是一用于测量环境温度并将其转换为可测量信号的装置。其输出信号类型多样,根据传输方式和信号特性的不同,可以大致分为模拟信号输出、数字信号输出以及其他特殊类型的输出信号。以下是
    的头像 发表于 10-09 14:35 853次阅读

    目前遥感常用的传感器类型有哪些特点

    遥感威廉希尔官方网站 是利用传感器从远距离收集地球表面信息的一威廉希尔官方网站 。这些传感器可以安装在飞机、卫星或其他平台上,通过不同的波长和频率来捕捉图像和数据。以下是一些常用的遥感
    的头像 发表于 09-04 14:28 1104次阅读

    什么是压电陶瓷传感器?它有哪些优缺点

    压电陶瓷传感器是一基于压电效应的传感器,广泛应用于多个领域,如医疗设备、工业自动化、科学研究、汽车、航空航天等。以下是对压电陶瓷传感器的详细解析,包括其定义、工作原理、
    的头像 发表于 08-09 17:42 1763次阅读

    非接触式温度传感器优缺点有哪些

    非接触式温度传感器,顾名思义,是一无需与被测物体直接接触即可测量温度的传感器。这种传感器在工业、医疗、科研等领域有着广泛的应用。本文将详细介绍非接触式温度
    的头像 发表于 06-19 14:37 1090次阅读

    CMOS图像传感器堆栈式与单芯片的区别

    你知道CMOS图像传感器是如何变成现在这般的吗?它有哪些分类?本文就带你一起了解一下CMOS图像传感器的进化历程,以及堆栈式与单芯片威廉希尔官方网站 的优缺点
    发表于 04-09 12:17 1775次阅读
    CMOS<b class='flag-5'>图像</b><b class='flag-5'>传感器</b>堆栈式与单芯片的区别

    面阵CCD结构图及工作过程分析

    面阵CCD,也被称为二维像元阵列,是一图像传感器。与传统的CCD相比,面阵CCD增加了转移栅和
    的头像 发表于 02-27 17:25 3056次阅读
    面阵<b class='flag-5'>CCD</b>结构图及工作过程分析

    电容式传感器的转换电路有哪几种类型?有何优缺点?

    电容式传感器是一常用的传感器类型,广泛应用于测量、控制、检测、仪表等领域。转换电路是将传感器的电容信号转换为可用的电压或电流信号的关键部分
    的头像 发表于 02-21 15:21 3610次阅读

    光耦隔离 电容隔离 磁隔离这三种隔离方式各有什么优缺点

    光耦隔离、电容隔离和磁隔离是三种常见的隔离方式,它们各有优缺点,适用于不同的应用场景。
    的头像 发表于 01-30 15:38 5894次阅读

    CMOS图像传感器的制造工艺

    根据图像传感器的应用和制造工艺,图像传感器可分为CCD图像
    的头像 发表于 01-24 09:30 2813次阅读
    CMOS<b class='flag-5'>图像</b><b class='flag-5'>传感器</b>的制造工艺