【正文】 角的紅色區(qū)域?yàn)槔覀冃枰氖莵G失了的綠色與藍(lán)色的值。而插值法可以通過分析與這個(gè)紅色像素相鄰的像素計(jì)算出這兩個(gè)值。在這個(gè)例子中，算法發(fā)現(xiàn)該區(qū)域像素綠色像素均含有大量電荷，但藍(lán)色像素電荷數(shù)為零，所以可以計(jì)算出，這個(gè)紅色像素實(shí)際上是黃色的。 ? CCD的結(jié)構(gòu)為三層，第一層是“微型鏡頭”，第二層是“分色濾色片”以及第三層“感光層”。 ? CCD的第二層是“分色濾色片”，目前有兩種分色方式，一是 RGB原色分色法 ，另一個(gè)則是 CMYK補(bǔ)色分色法，這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。 ? “微光” ——指夜間或低照度下微弱的、甚至能量低到不 能引起人視覺的光。 ? 微光攝影技術(shù)的實(shí)質(zhì)是在物鏡與目鏡（或顯示器）之間放置一個(gè) 微光像增強(qiáng)器 。通過能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理后，在輸出端變成具有適當(dāng)亮度、對(duì)比度和清晰度的可見的目標(biāo)圖像。 二． 紅外 CCD（ IRCCD） 用紅外探測(cè)器列陣代替可見光 CCD的光 敏元部分，就構(gòu)成焦平面紅外陣 （ IRCCD）。根據(jù)敏感材料的不同，常用的 紅外焦平面陣列有： PbS和 PbSe陣列、 PtSi陣列、 InSb陣列、 HgCdTe陣列、 GaAs/AlGaAs陣列、摻雜硅陣列和熱釋電 探測(cè)器陣列等。 三． X射線 CCD ? CCD對(duì) X射線的感光度比 X射線膠片要高2001000倍； ? 兩類 ? 直接用微光 CCD像機(jī)攝取 X射線圖像 ? 用轉(zhuǎn)換材料，即在每個(gè)光敏元上裝上帶隔離層的 碘化銫晶體 ，它是一種能 把 X射線轉(zhuǎn)換成可見光 的高效轉(zhuǎn)換材料，由于 X射線不會(huì)直接照射到光敏元陣列上，因而可以延長(zhǎng)器件使用壽命。 四． 紫外 CCD 困難：正面 CCD較厚的柵氧化層（ 50100?m）強(qiáng)烈吸收紫外輻射，使直接探測(cè)效率極低。 辦法：減薄背照 CCD來探測(cè)，但減薄后的硅表面會(huì)形成天然的氧化層，影響性能。 措施： “背堆積”技術(shù)減小界面態(tài)作用； 涂覆熒光物質(zhì)，把紫外光轉(zhuǎn)換成 可見光。 發(fā)展：進(jìn)展緩慢，還在開發(fā)之中。 CMOS圖像傳感器 CMOS（ Complementary Metal Oxide Semiconductor） 圖像傳感器出現(xiàn)于 1969年 ,它是一種 用傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件 、放大器 、 A/D轉(zhuǎn)換器 、 存儲(chǔ)器 、 數(shù)字信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感器件 ， 可以實(shí)現(xiàn) 單芯片成像系統(tǒng) 。 CMOS圖像傳感器雖然比 CCD出現(xiàn)還早一年 ， 但在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi) ， 由于它存在成像質(zhì)量差 、 像敏單元尺寸小 、 填充率（ 有效像元與總面積之比 ） 低 （ 10%~20%） ， 響應(yīng)速度慢等缺點(diǎn) ， 因此只能用于圖像質(zhì)量要求較低 、 尺寸較小的數(shù)碼相機(jī)中 ，如機(jī)器人視覺應(yīng)用的場(chǎng)合 。 1989年以后，出現(xiàn)了“主動(dòng)像元”（有源）結(jié)構(gòu)。它不僅有光敏元件和像元尋址開關(guān)，而且還有信號(hào)放大和處理等電路，提高了光電靈敏度，減小了噪聲，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍，使它的一些性能參數(shù)與 CCD圖像傳感器相接近，而在功能、功耗、尺寸和價(jià)格等方面要優(yōu)于 CCD圖像傳感器，所以應(yīng)用越來越廣泛。 ? CMOS圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)： ? 電源消耗量比 CCD低， 僅為 CCD的 1/8到 1/10； ? 與周邊電路的整合性高， 可以輕易地將周邊電路集成到傳感器芯片中，使體積大幅縮?。? ? 采用一般半導(dǎo)體電路最常用的 CMOS工藝，還可以節(jié)省外圍芯片的成本； CMOS成像器件的結(jié)構(gòu)原理 1. CMOS成像器件的組成 CMOS成像器件主要 組成部分是 像敏單元陣列 和MOS場(chǎng)效應(yīng)管集成電路 ，而且這兩部分是集成在同一硅片上的。像敏單元陣列實(shí)際上是光電二極管陣列，它沒有線陣和面陣之分。原理框圖如圖 1所示 : 工作過程： 1. 首先，外界光照射像素陣列，產(chǎn)生信號(hào)電荷，行選通邏輯單元根據(jù)需要，選通相應(yīng)的行像素單元； 2. 行像素內(nèi)的信號(hào)電荷通過各自所在列的信號(hào)總線傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的模擬信號(hào)處理器 (ASP)及 A/D變換器，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字圖像信號(hào)輸出 。 行選通單元可以對(duì)像素陣列逐行掃描，也可以隔行掃描。隔行掃描可以提高圖像的場(chǎng)頻，但會(huì)降低圖像的清晰度。 行選通邏輯單元和列選通邏輯單元配合，可以實(shí)現(xiàn)圖像的窗口提取功能，讀出感興趣窗口內(nèi)像元的圖像信息。 圖像信號(hào)的輸出過程可由圖像傳感器陣列原理圖更清楚地說明。 2. CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu) 無源像敏單元結(jié)構(gòu)（ PPS） ： 只包含 光電二極管 和 地址選通開關(guān) 兩部分。其中像敏單元的圖像信號(hào)的讀出時(shí)序如圖 4所示。 有源像敏單元結(jié)構(gòu) (APS) : 從圖可以看出，場(chǎng)效應(yīng)管 V1構(gòu)成光電二極管的負(fù)載，它的柵極接在復(fù)位信號(hào)線上，當(dāng)復(fù)位脈沖出現(xiàn)時(shí)， V1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時(shí)復(fù)位；而當(dāng)復(fù)位脈沖消失后， V1截止，光電二極管開始積分光信號(hào)。 V2是一源極跟隨放大器，將光電二極管的高阻輸出信號(hào)進(jìn)行電流放大。 積分結(jié)束后， V3管（選通模擬開關(guān)）導(dǎo)通，信號(hào)輸出。 光電二極管型有源像素（ PD－ APS） —— 大多數(shù)中低性能的應(yīng)用； 光柵型有源像素結(jié)構(gòu)（ PG－ APS） —— 成像質(zhì)量較高 無源像素單元具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、像素填充率高及量子效率比較高的優(yōu)點(diǎn)。 但是，由于傳輸線電容較大， CMOS無源像素傳感器的讀出噪聲較高，而且隨著像素?cái)?shù)目增加，讀出速率加快，讀出噪聲變得更大。 CMOS有源像素傳感器的功耗比較小。 但與無源像素結(jié)構(gòu)相比，有源像素結(jié)構(gòu)的填充系數(shù)小，其設(shè)計(jì)填充系數(shù)典型值為 20%30%。在CMOS上制作微透鏡陣列，可以等效提高填充系數(shù)。 CMOS與 CCD器件的比較 ? CCD攝像器件 ——有光照靈敏度高、噪聲低、像素面積小等優(yōu)點(diǎn)。 ? 但 CCD光敏單元陣列難與驅(qū)動(dòng)電路及信號(hào)處理電 路單片集成，不易處理一些模擬和數(shù)字功能； ? CCD陣列驅(qū)動(dòng)脈沖復(fù)雜，需要使用相對(duì)高的工作電壓； ? 不能與深亞微米超大規(guī)模集成 （ VLSI）技術(shù)兼容，制造成本比較高。 CMOS與 CCD器件的比較 ? CMOS攝像器件 ——集成能力強(qiáng)、體積小、工作電壓?jiǎn)我?、功耗低、?dòng)態(tài)范圍寬、抗輻射和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)。 ? CMOS單元像素的面積已與 CCD相當(dāng)， CMOS已可 以達(dá)到較高的分辨率。如果能進(jìn)一步提高 CMOS 器件的信噪比和靈敏度，那么 CMOS器件有可能 在中低檔攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等產(chǎn)品中取代 CCD 器件。 典型 CMOS圖像傳感器 ? （ 1） 成像器件的原理結(jié)構(gòu) SXGA型 CMOS成像器件是 CMOS圖像傳感器的主要部分，其原理結(jié)構(gòu)如圖 7所示。 SXGA型 CMOS成像器件像敏區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖 8所示 。 該器件的像敏單元總數(shù)是 1 286 1 030個(gè)，其中在每行和每列的起始端及末尾端各有 3個(gè)像元為虛設(shè)單元。 SXGA型 CMOS成像器件的光譜特性如圖 9所示。 （ 2） 輸出放大器 SXGA型 CMOS成像器件的輸出特性如圖 840所示。曲線的線性段的動(dòng)態(tài)范圍僅為 66dB。若采用對(duì)數(shù)放大器，動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到100dB。 圖 841所示為 SXGA型 CMOS成像器件輸出放大器電路原理框圖，它主要由三部分組成 。 增益可調(diào)的放大器可按指數(shù)規(guī)律控制，如圖 842所示?？刂圃鲆娴男盘?hào)為 4位編碼信號(hào)，即可選擇的增益有 8種，增益在 ~之間可調(diào)。 當(dāng)需要慢速讀出圖像信號(hào)時(shí)，需要采用慢速調(diào)節(jié)偏壓的方法。為防止偏壓漂移，每行都要進(jìn)行偏壓調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)過程如圖 845所示，它與圖 844的主要區(qū)別在于調(diào)節(jié)過程的時(shí)間較長(zhǎng)。 輸出放大器的輸出 /輸入特性曲線如圖 846所示。 ? （ 3） A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器的輸出 /輸入間的關(guān)系曲線如圖 847所示。 成像器件要求 1. 掌握光電成像器件的類型。 2. 掌握光學(xué)圖像的本質(zhì)。 3. 掌握像管 (變像管和圖像增強(qiáng)器 )的結(jié)構(gòu)與工作原理。 4. 掌握對(duì)攝像器件的基本要求。 5. 掌握光電導(dǎo)型攝像管 (視像管 )的結(jié)構(gòu)和工作過程。 6. 掌握光電發(fā)射型 (SEC)攝像管的結(jié)構(gòu)和工作原理，比較與光電導(dǎo)型攝像管的不同之處。 7. 掌握 CCD的基本原理（電荷存儲(chǔ)、電荷轉(zhuǎn)移）。 8. 掌握 CCD攝像器件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。 9. 熟悉 CCD器件的分類。 10. 掌握 CMOS圖像傳感器與 CCD圖像傳感器的主要區(qū)別。 11. 了解 CMOS圖像傳感器的像元結(jié)構(gòu)。 12. 了解 CCD和 CMOS器件的發(fā)展?fàn)顩r。