基礎知識之圖像傳感器

• 影像傳感器，是數碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。當前主要是通過(guò)電子圖像傳感器以數字方式捕獲和存儲圖像或視頻，或者通過(guò)感光材料（例如膠片）以化學(xué)方式捕獲和存儲圖像或視頻。作為攝影和攝像領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，相機在視覺(jué)藝術(shù)、媒體、娛樂(lè )、監控和科學(xué)研究的進(jìn)步中發(fā)揮了重要作用。相機的發(fā)明可以追溯到 19 世紀，此后隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展，在 21 世紀出現了種類(lèi)繁多的類(lèi)型和型號。相機通過(guò)各種機械部件和原理的組合來(lái)發(fā)揮作用。其中包括曝光控制，調節到達傳感器或膠片的光量；聚焦光線(xiàn)的透鏡；取景器，允許用戶(hù)預覽場(chǎng)景；以及捕捉圖像的膠片或傳感器。目前存在多種類(lèi)型的相機，每種類(lèi)型都適合特定用途并提供獨特的功能。單鏡頭反光 (SLR) 相機通過(guò)鏡頭提供實(shí)時(shí)、精確的成像。大畫(huà)幅和中畫(huà)幅相機提供更高的圖像分辨率，通常用于專(zhuān)業(yè)和藝術(shù)攝影。緊湊型相機以其便攜性和簡(jiǎn)單性而聞名，在消費攝影領(lǐng)域很受歡迎。測距相機具有獨立的觀(guān)察和成像系統，歷史上廣泛用于新聞攝影。電影攝影機專(zhuān)門(mén)用于拍攝電影內容，而數碼相機20世紀末21世紀初盛行的技術(shù)，使用電子傳感器來(lái)捕捉和存儲圖像。

• 電荷的產(chǎn)生：電荷耦合器件( CCD ) 是包含一系列鏈接或耦合電容器的集成電路。在外部電路的控制下，每個(gè)電容器都可以將其電荷轉移到相鄰的電容器。在 CCD圖像傳感器中，像素由p 摻雜 金屬氧化物半導體(MOS)電容器表示。這些MOS 電容器是 CCD 的基本構建模塊，在圖像采集開(kāi)始時(shí)偏置高于反轉閾值，從而允許在半導體-氧化物界面將傳入光子轉換為電子電荷；然后使用 CCD 讀出這些電荷。當光線(xiàn)投射到 OCD表面的光敏象素 (MOS電容器 )上， 光子穿過(guò)透明電極及氧化層，進(jìn)入 P型硅襯底(一般以P型 硅為襯底)．襯底中處于價(jià)帶的電子吸收光子能量而躍人導 帶．形成電子一空穴對，電子一空穴對在外加電場(chǎng)作用下分別向 電極兩端移動(dòng)，形成光生電荷即信號電荷電荷傳輸。通過(guò)將一定規則變化的電壓加到( 各電極上，電檻下 的電荷包就能沿半導體表面按一定的方向移動(dòng)。通常把 CCD電極分為幾組．每一紐稱(chēng)為一相，并施加同樣的時(shí)鐘。 如三相CCD中，電荷在三相時(shí)鐘的變化下，電荷始終存貯在 高電平電極下的課勢阱中，隨著(zhù)高電乎時(shí)鐘向右移動(dòng)，電荷依次被移出。
• 電荷傳輸：可以把輸出過(guò)程看成是輸入過(guò)程的逆過(guò)程。CCD最后 一個(gè)柵極中的電荷包通過(guò)輸出柵形成的“溝道”進(jìn)入到輸出二極管(反偏壓輸出二極管) ，此二極管將信號電荷收集并送前置放大器，從而完成電荷包上的信號檢測。根據輸出先后 可以判別出電荷是從哪個(gè)光敏元來(lái)的，并根據輸出電荷量可 知該光敏元受光的強弱。
• CCD記錄圖像的過(guò)程：在用于捕獲圖像的 CCD 中，有一個(gè)光敏區域（硅外延層）和一個(gè)由移位寄存器制成的傳輸區域（準確地說(shuō)是 CCD）。圖像通過(guò)透鏡投射到電容器陣列（光敏區域）上，使每個(gè)電容器積累與該位置的光強度成比例的電荷。線(xiàn)掃描相機中使用的一維陣列捕獲圖像的單個(gè)切片，而視頻和靜態(tài)相機中使用的二維陣列捕獲與投影到焦平面上的場(chǎng)景相對應的二維圖片傳感器的。一旦陣列暴露于圖像，控制電路就會(huì )使每個(gè)電容器將其內容傳輸到其相鄰電容器（作為移位寄存器運行）。陣列中的最后一個(gè)電容器將其電荷轉儲到電荷放大器中，電荷放大器將電荷轉換為電壓。通過(guò)重復這個(gè)過(guò)程，控制電路將半導體中陣列的全部?jì)热蒉D換為電壓序列。在數字設備中，這些電壓隨后被采樣、數字化，并且通常存儲在存儲器中；在模擬設備（例如模擬攝像機）中，它們被處理成連續的模擬信號（例如，通過(guò)將電荷放大器的輸出饋入低通濾波器），然后將其處理并饋送到其他電路以用于傳輸、記錄或其他處理。

• CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)指的是一種半導體技術(shù)。在數字影像領(lǐng)域，CMOS作為一種低成本的感光元件技術(shù)被發(fā)展出來(lái)，市面上常見(jiàn)的數碼產(chǎn)品，其感光元件大部分是CMOS。CMOS制造工藝被應用于制作數碼影像器材的感光元件，是將純粹邏輯運算的功能轉變成接收外界光線(xiàn)后轉化為電能，再通過(guò)芯片內部的模/數轉換器(A/D)將獲得的影像訊號轉變?yōu)閿底中盘栞敵?。每個(gè)像素傳感器單元都有一個(gè)光電探測器（通常是釘扎光電二極管）和一個(gè)或多個(gè)有源晶體管，這導致捕獲光子的面積比 CCD 更小，但通過(guò)在每個(gè)光電二極管前面使用微透鏡已經(jīng)克服了這個(gè)問(wèn)題，微透鏡將光聚焦到光電二極管中，否則這些光會(huì )撞擊放大器而不會(huì )被檢測到。一些 CMOS 成像傳感器還使用背面照明來(lái)增加撞擊光電二極管的光子數量。與 CCD 傳感器相比，CMOS 傳感器可以使用更少的組件、使用更少的功耗和/或提供更快的讀出速度來(lái)實(shí)現。它們也不易受到靜電放電的影響。其中CCD基于MOS電容器，而CMOS傳感器基于MOSFET (MOS場(chǎng)效應晶體管)放大器。在金屬氧化物半導體(MOS) 有源像素傳感器中，MOS 場(chǎng)效應晶體管(MOSFET) 用作放大器。APS 有不同類(lèi)型，包括早期的NMOS APS 和現在更常見(jiàn)的互補 MOS (CMOS) APS，也稱(chēng)為CMOS傳感器。

• 除了起感光作用的光電管以外，影像傳感器還包括一系列的其他構件為了更好地利用光線(xiàn)。在每一像素前都裝有微透鏡，該透鏡起到“捆綁”光束的作用。微透鏡能夠減少邊緣光的損失。不同于傳統膠片，影像傳感器的光電二極管難以對傾斜射入的邊緣光束加以利用，照片四周較暗。微透鏡能使傳感器邊角處的光線(xiàn)也能垂直射入單個(gè)的光電管。單個(gè)光電管只能記錄亮度值，也就是說(shuō)，光電管是“色盲”。為了拍出彩色照片，在光電二極管的前一層加裝了紅、綠、藍三原色濾色鏡。
• 普通列表項目拜耳濾鏡中，各濾鏡之間的比例關(guān)系為紅25%、藍25%、綠50%。電腦屏幕上的所有色彩都是由這三種色彩按照不同比例混合而成的。如果三種色彩全部記錄下最大光量，像素顯示為白色。反之，如果三原色什么都沒(méi)記錄下來(lái)，像素顯示為黑色。紅、綠、藍三種色彩相互疊加得到的各種色彩，涵蓋了人眼視力所能感知的所有色彩。綠色之所以占到一半，是因為人眼對綠色更加敏感。傳感器前裝有一系列濾鏡，用于消除不想要的效果?；旧厦颗_數碼相機都裝有低通濾鏡低通濾鏡加裝在相機的傳感器前，允許低頻光線(xiàn)通過(guò)，阻擋高頻光線(xiàn)。低通濾鏡的作用在于減弱摩爾紋。磨爾紋是一種因數碼相機的感光元件受到高頻干擾，而在圖像上出現的彩色的、形狀不規律的干涉條紋。如果數碼相機感光元件的空間頻率與被攝對象的空間頻率接近，就會(huì )產(chǎn)生摩爾紋。如果鏡頭的分辨率小于感光元件的空間頻率，影像中就不會(huì )出現與感光元件空間頻率相近的條紋，也就不會(huì )產(chǎn)生摩爾紋。但是，目前的技術(shù)水平有限，只能靠加入低通濾鏡來(lái)減弱摩爾紋。然而，低通濾鏡有一弊端，那就是它會(huì )大大降低相機的成像銳度，影響畫(huà)質(zhì)。

車(chē)載：通過(guò)充分利用成像&感知技術(shù)來(lái)實(shí)現高安全性能，專(zhuān)注于增強車(chē)載娛樂(lè )。

• 數字視頻接口（SerDes）
• 摩托車(chē)用顯示器
• 車(chē)載攝像頭/LiDAR

制造： 使用創(chuàng )新技術(shù)和廣泛的產(chǎn)品來(lái)解決所有行業(yè)的生產(chǎn)力提高問(wèn)題。

• 半導體制造
• 電子設備制造
• FPD制造
• 食品、醫藥品、化妝品制造
• 重工業(yè)、成套設備
• 環(huán)保型材料

智能交通系統

• 智能交通系統 （ITS）
• 行車(chē)記錄儀

• Sony
• Samsung
• 海思半導體
• 意法半導體
• 美光