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优势应用层出不穷 传感器市场创新不断

2013-03-25 10:25
蓝林笑生
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  目前,全球的传感器市场在不断变化的创新之中呈现出快速增长的趋势。有关专家指出,传感器领域的主要技术将在现有基础上予以延伸和提高,各国将竞相加速新一代传感器的开发和产业化,竞争也将日益激烈。随着科技的不断进步,传感器技术应用出新招,优势应用层出不穷。

  传感器帧积累出新招

  首先要知道什么是场,什么是帧。活动电视图像是由一幅一幅连续的且内容变化不大的静止图像组成的。其中一幅静止的图像在电视技术上称为“一帧”,为了保证收看图像时不闪烁,根据人眼的视觉暂留特点(先前出现在人眼的图像在图像消失后会保留一段时间),要求每秒传送的连续图像达到25帧。在电视传输技术中,为了进一步提高传输质量,又将一帧图像分成两幅来传,这时候的一幅就叫做“一场”了。所以,电视每秒传输50场。

  在摄像机里,CCD也是按照这种方式,将景物图像转换成电荷形成视频信号的。如果照度太低,拍摄目标在CCD上形成的电荷很少,则出现图像不清晰甚至不能呈现出图像,为了解决这个问题,现在可以通过数字图像处理技术(DSP)来解决这个问题。具体做法是,在电路上增加CCD对每帧图像的曝光时间,也就是对目标微光光生电荷进行积累,相当与在夜晚照相时,用手控快门进行拍照一样,这样呈现出图像比较清晰。因此,有的把摄像机的这种功能叫慢快门。有时候又叫做数字慢开门。

  在帧积累方式(Frame Integration Mode)中,存储在奇数行各像素中的光生电荷在奇数场读出,存储在偶数行各像素中的光生电荷在偶数场读出,每个像素的光生电荷积累时间是一帧时间,即1/25s。因为帧积累方式的光生电荷积累时间比较长,上一场的光生电荷保留在光敏成像区,出现在下一场中,所以有一场时间的延迟,这种延迟会引起动态分辨率的下降。

  在场积累方式中,两个相邻行的电荷加起来同时转移到垂直CCD移位寄存器。隔行读出是由相加电荷的组合方式的不同来实现的。每个像素的光生电荷积累时间是一场时间,即1/50s。因此,场积累方式的特点是:(1)没有一场时间的延迟;(2)图像垂直边缘的闪烁减少;(3)宽的动态范围和抗弥散性好;(4)垂直方向分辨率略有降低。

  不管是帧积累还是场积累,由于延长了CCD的曝光时间,虽然图像是相对清晰了,但图像变化的实时性却受到了影响,也就是当被拍摄的目标快速运动时,会有拖尾现象,图像也表现为动画效果。

  传感器优势凸显:高灵敏宽动态低功耗

  最新CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比)与量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量)的乘积。CCD传感器因其技术的固有特性而拥有一个很大的填充因子。而在CMOS图像传感器中,为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平,人们给CMOS图像传感器装配上了有源像素传感器(APS),并且导致填充因子降低,原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用,留给光电二极管的可用空间较小。

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