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认识CCD与CMOS影像传感器

2018-12-28 15:16

影像传感器（ImageSensor）是重要的感光组件。工作时传感器先把探测到的光信号转化为模拟讯号，再通过影像讯号处理器把连续的模拟讯号转化为离散的数字讯号，予以利用。随着智慧手机、相机的兴起，影像传感器日益受到关注，技术也不断发展；影像传感器在工业生产中也被广泛应用，可用于外观监测、定位以及日渐普遍的机器人应用等。

目前最为常见的两种影像传感器是CCD（ChargeCoupledDevice，感光耦合组件）和CMOS（ComplementaryMetal－OxideSemiconductor，互补性氧化金属半导体）。CCD属于传统的影像传感器，有灵敏度、影像质量高的优点，而CMOS则反应快且成本低，其技术也不断更新，在未来会有更多发展。下文就详细讲解两种传感器的各自特点以及两者的比较。

CCD与CMOS影像传感器

CCD与CMOS影像传感器，已逐渐普及于机器人应用中。自动化机器人均透过相机以追踪物体，并了解运动的特性。在2007年DARPA城市挑战赛的无人驾驶车辆，即使用相机搭配光达（LIDAR）技术，识别环境中的物体以安全完成比赛路线。在DARPA城市挑战赛中，相机必须能识别道路边缘与巷道，让无人驾驶车辆能保持行驶正确道路，以通过整个挑战赛的环境；要实现这项功能，便需要依靠灵敏度高的影像传感器。

CCD与CMOS影像传感器，均使用感光区域读取光线特性参数，以产生影像。并具备环境分析、导航、物体识别，与追踪功能。CCD传感器是经由透镜将光线导入电容器数组，再依导入光线的密度形成电荷。此电荷接着传输通过曝光区域，并转换而为电压。接着透过电压重建影像。作为技术较成熟的影像传感器，CCD有敏感度高与影像质量好的优点。

CMOS影像传感器则是以晶体管与1组光二极管（Photodiode）建构像素数组。传感器内的光二极管将接收的光线转换为电压。而晶体管则针对各次影像撷取作业，重新设定像素。另有1组晶体管则做为放大器，让处理影像讯号的电子设备能够接收该讯号。第三组晶体管则做为切换器，将单列的像素电压（Pixelvoltage）传送至讯号处理设备。色彩信息共有2种记录方式。其中1个方法即是透过3组影像传感器，分别侦测3原色之一。再将3组影像组合为最终影像。另1种方法是使用滤波器隔离射入光的主要色彩。传感器进行3项撷取作业，分别撷取3原色以组合为最终影像。

CCD与CMOS影像传感器可用于几乎所有的应用。也分别有不同的优点：

CCD较低噪声的高质量影像

像素较高

对光线的敏感度较高

CMOS价位较低

建构较为简易

耗电量较低