图像传感器
在摄像头的主要组件中,最重要的就是图像传感器了,因为感光器件对成像质量的重要性不言而喻。
传感器将从镜头上传导过来的光线转换为电信号,再通过内部的DA转换为数字信号。由于传感器的每个pixel只能感光R光或者B光或者G光,因此每个像素此时存贮的是单色的,我们称之为RAW DATA数据。要想将每个像素的RAW DATA数据还原成三基色,就需要信号处理器ISP来处理。
图像传感器是起感光记录作用的元件,和胶卷类似。有CMOS和CCD两种类型 CCD又叫电荷转移器件,光电二极管排成一列叫一维型直线式传感器,光电二极管行排列叫二维型面积式图像传感器。
CCD由光电二极管感光部件、ccd转移部件和电荷放大器件组成,当光照射时,光子激发电荷,电荷产生堆积,感光部件与转移部件之间加上栅电压,堆积的电荷在栅电压的作用下,开始定向移动至转移部件,经放大输出,这些输出的电荷信号带有图像信息。
图像传感器的发展趋势是高敏感化、高分辨率、省电、低压工作等高性能方向发展。
CMOS图像传感器由金属氧化物半导体集合而成,每一个像素可以集成多种器件,比如放大器,A/D转换器等。
两种感光元件的不同之处:
CCD成像质量好,但是制作起来比较复杂,而且耗能大,CMOS虽然成像质量较差,但是驱动电压低,制造简单,CMOS可以和其他器件集成,每一个像素都可以实现完整的功能,相比CCD是成千上万个像素排列,每一个像素激发的电荷汇集到一起,运输到放大器和数据处理器,这样给后续处理增加不少负担,而且大量的电荷汇集,也给通道提出了更高的要求,在技术上出现了瓶颈,CMOS中每个像素单独完成信号放大和信号处理工作,这些特点,造成CMOS噪声较大。如果CMOS克服噪声大的缺点,提高成像质量,CMOS就会超越CCD,成为图像传感器的首选。
有的厂家在宣传中会提到“背照式”“BSI”等概念,实际上BSI就是背照式CMOS的英文简称,背照式CMOS是CMOS的一种,它改善了传统CMOS感光元件的感光度,在夜拍和高感的时候成像效果相对好一些。
手机摄像头的成像原理
物方光线进入系统,经过镜头,到达图像传感器,光子打到传感器上产生可移动电荷,这是内光电效应,可移动电荷汇集形成电信号,由于处理器无法识别电荷信号,需要把电信号转化为数字信号,对于图像传感器是cmos的系统不需要外加模数转换器,而对于以ccd作为图像传感器的系统需要A/D转换器,经过模数转换器件,电荷信号转换成数字信号,数字信号经过放大电路进入微处理器,数字信号经过DSP数字信号处理芯片经过存储处理后,传输到屏幕形成和物一样的图像。