CCD CMOS传感器基本工作原理

CCD、CMOS传感器基本工作原理

图 1

CCD传感器基本工作原理是，光照射每个像素产生电荷，并累积。由于CCD只有一个读出端口，因此需要串行的将每个像素的电荷在像素之间进行转移到输出端口。最终将电荷转换为电压，进行放大和AD转换得到图像。电荷转移示意图如下

图 2

图 3

CMOS传感器则不同，CMOS传感器在每个像素处即将电荷转换为了电压，因而导致了很多独特的优缺点，如今已经在绝大多数应用中代替了CCD。第一代CMOS传感器技术为PPS（passive pixelssensor）,第二代为APS（active pixels sensor）。基本原理如下，一个典型的APS电路如图4-6所示。根据我的理解，CMOS实现电荷转电压的关键在相应的寄生电容，因为光电二极管是受光照产生电流，而不是电压。首先，产生RST复位信号，寄生电容Cd充电至VDD，接着曝光开始，RST关闭。如图7所示，受到光照后，光电二极管产生电流，对电容进行放电。由于放电电流正比于光强，因此放电失去电荷正比于光强x曝光时间。由于电容Q=C*V， 即V=Q/C，电容上的电压正比于里面储存的电荷大小，因此曝光完毕，RS信号使能，读出电容上的电压即可得到光强信息（这里光强越强，曝光越长，采集到的电压越低，看似与常规感受到的图像越亮相反，但只需要后期电路稍微处理下即可，比如用复位电压减去采样电压（简单的相关双采样CDS技术，可以大大降低CMOS的FPN））。

图 4

图 5

图 6

图 7

CCD与CMOS的比较

图 8

图9

 图10

主要参考文献

Review of CMOS image sensors,M. Bigas
CCD and CMOS Image Sensor,

Advantage of the CMOS Sensor，sony

最后

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