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提高图像质量的两大重要指标:动态范围和图像传感器选型

发布时间:2015-05-05 |?阅读次数:8009

工业相机mg游戏平台手机版系统中是决定其成本、精度及速度的关键因素,主要参数包括分辨率、帧速等。近些年,为满足图像系统越来越广泛的要求,无论是个人还是专业的应用,科研还是工业的,都对图像质量提出了越来越高的要求。图像传感器是决定图像分辨率的关键因素之一,也是决定图像质量的重要因素。而众所周知,动态范围也是提高图像质量的重要指标。那么,今天维视图像就为您先容工业相机动态范围及图像传感器的相关常识。

动态范围或图像每个像素的字节数决定着图像采集卡需要的存储容量以及图像处理器需要的算法精度。它影响着传感器的曝光宽容度。每像素只有几个字节的工业相机将无法像字节数更高的相机那样满足很宽的照明条件范围。一般来说,工业数字相机的动态范围指标更好一些,因为它们的抗噪声性能更好。

传感器主要有CCD和CMOS两种。CCD与CMOS传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器,两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换,将图像转换为数字数据,而其主要差异是数字数据传送的方式不同。 CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中,由最底端部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出;而在CMOS传感器中,每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路,用类似内存电路的方式将数据输出。

造成这种差异的原因在于:CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真,因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理;而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声,因此,必须先放大,再整合各个象素的数据。

由于数据传送方式不同,因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异,这些差异包括:

1. 灵敏度差异:由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路),使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积,因此在象素尺寸相同的情况下,CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。

2. 成本差异:由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺,可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本;除此之外,由于CCD采用电荷传递的方式传送数据,只要其中有一个象素不能运行,就会导致一整排的数据不能传送,因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多,即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的水平,因此,CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。

3. 分辨率差异:如上所述,CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂,其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平,因此,当大家比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时,CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如:MV-EM510工业相机相较于市面上同类分辨率搭载了CMOS传感器的相机具有更高的帧率,这也是这款搭载了CCD传感器的500万像素工业相机的亮点之一。

4. 噪声差异:由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器,而放大器属于模拟电路,很难让每个放大器所得到的结果保持一致,因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比,CMOS传感器的噪声就会增加很多,影响图像品质。

5. 功耗差异:CMOS传感器的图像采集方式为主动式,感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出,但CCD传感器为被动式采集,需外加电压让每个象素中的电荷移动,而此外加电压通常需要达到12~18V;因此,CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC),高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。

综上所述,CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。不过,随着CCD与CMOS传感器技术的进步,两者的差异有逐渐缩小的态势。

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