基礎知識之圖像傳感器

• 影像傳感器，是數碼相機的核心，也是最關鍵的技術。當前主要是通過電子圖像傳感器以數字方式捕獲和存儲圖像或視頻，或者通過感光材料（例如膠片）以化學方式捕獲和存儲圖像或視頻。作為攝影和攝像領域的關鍵技術，相機在視覺藝術、媒體、娛樂、監控和科學研究的進步中發揮了重要作用。相機的發明可以追溯到 19 世紀，此后隨著技術的進步而發展，在 21 世紀出現了種類繁多的類型和型號。相機通過各種機械部件和原理的組合來發揮作用。其中包括曝光控制，調節到達傳感器或膠片的光量；聚焦光線的透鏡；取景器，允許用戶預覽場景；以及捕捉圖像的膠片或傳感器。目前存在多種類型的相機，每種類型都適合特定用途并提供獨特的功能。單鏡頭反光 (SLR) 相機通過鏡頭提供實時、精確的成像。大畫幅和中畫幅相機提供更高的圖像分辨率，通常用于專業和藝術攝影。緊湊型相機以其便攜性和簡單性而聞名，在消費攝影領域很受歡迎。測距相機具有獨立的觀察和成像系統，歷史上廣泛用于新聞攝影。電影攝影機專門用于拍攝電影內容，而數碼相機20世紀末21世紀初盛行的技術，使用電子傳感器來捕捉和存儲圖像。

• 電荷的產生：電荷耦合器件( CCD ) 是包含一系列鏈接或耦合電容器的集成電路。在外部電路的控制下，每個電容器都可以將其電荷轉移到相鄰的電容器。在 CCD圖像傳感器中，像素由p 摻雜 金屬氧化物半導體(MOS)電容器表示。這些MOS 電容器是 CCD 的基本構建模塊，在圖像采集開始時偏置高于反轉閾值，從而允許在半導體-氧化物界面將傳入光子轉換為電子電荷；然后使用 CCD 讀出這些電荷。當光線投射到 OCD表面的光敏象素 (MOS電容器 )上， 光子穿過透明電極及氧化層，進入 P型硅襯底(一般以P型 硅為襯底)．襯底中處于價帶的電子吸收光子能量而躍人導 帶．形成電子一空穴對，電子一空穴對在外加電場作用下分別向 電極兩端移動，形成光生電荷即信號電荷電荷傳輸。通過將一定規則變化的電壓加到( 各電極上，電檻下 的電荷包就能沿半導體表面按一定的方向移動。通常把 CCD電極分為幾組．每一紐稱為一相，并施加同樣的時鐘。 如三相CCD中，電荷在三相時鐘的變化下，電荷始終存貯在 高電平電極下的課勢阱中，隨著高電乎時鐘向右移動，電荷依次被移出。
• 電荷傳輸：可以把輸出過程看成是輸入過程的逆過程。CCD最后 一個柵極中的電荷包通過輸出柵形成的“溝道”進入到輸出二極管(反偏壓輸出二極管) ，此二極管將信號電荷收集并送前置放大器，從而完成電荷包上的信號檢測。根據輸出先后 可以判別出電荷是從哪個光敏元來的，并根據輸出電荷量可 知該光敏元受光的強弱。
• CCD記錄圖像的過程：在用于捕獲圖像的 CCD 中，有一個光敏區域（硅外延層）和一個由移位寄存器制成的傳輸區域（準確地說是 CCD）。圖像通過透鏡投射到電容器陣列（光敏區域）上，使每個電容器積累與該位置的光強度成比例的電荷。線掃描相機中使用的一維陣列捕獲圖像的單個切片，而視頻和靜態相機中使用的二維陣列捕獲與投影到焦平面上的場景相對應的二維圖片傳感器的。一旦陣列暴露于圖像，控制電路就會使每個電容器將其內容傳輸到其相鄰電容器（作為移位寄存器運行）。陣列中的最后一個電容器將其電荷轉儲到電荷放大器中，電荷放大器將電荷轉換為電壓。通過重復這個過程，控制電路將半導體中陣列的全部內容轉換為電壓序列。在數字設備中，這些電壓隨后被采樣、數字化，并且通常存儲在存儲器中；在模擬設備（例如模擬攝像機）中，它們被處理成連續的模擬信號（例如，通過將電荷放大器的輸出饋入低通濾波器），然后將其處理并饋送到其他電路以用于傳輸、記錄或其他處理。

• CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)指的是一種半導體技術。在數字影像領域，CMOS作為一種低成本的感光元件技術被發展出來，市面上常見的數碼產品，其感光元件大部分是CMOS。CMOS制造工藝被應用于制作數碼影像器材的感光元件，是將純粹邏輯運算的功能轉變成接收外界光線后轉化為電能，再通過芯片內部的模/數轉換器(A/D)將獲得的影像訊號轉變為數字信號輸出。每個像素傳感器單元都有一個光電探測器（通常是釘扎光電二極管）和一個或多個有源晶體管，這導致捕獲光子的面積比 CCD 更小，但通過在每個光電二極管前面使用微透鏡已經克服了這個問題，微透鏡將光聚焦到光電二極管中，否則這些光會撞擊放大器而不會被檢測到。一些 CMOS 成像傳感器還使用背面照明來增加撞擊光電二極管的光子數量。與 CCD 傳感器相比，CMOS 傳感器可以使用更少的組件、使用更少的功耗和/或提供更快的讀出速度來實現。它們也不易受到靜電放電的影響。其中CCD基于MOS電容器，而CMOS傳感器基于MOSFET (MOS場效應晶體管)放大器。在金屬氧化物半導體(MOS) 有源像素傳感器中，MOS 場效應晶體管(MOSFET) 用作放大器。APS 有不同類型，包括早期的NMOS APS 和現在更常見的互補 MOS (CMOS) APS，也稱為CMOS傳感器。

• 除了起感光作用的光電管以外，影像傳感器還包括一系列的其他構件為了更好地利用光線。在每一像素前都裝有微透鏡，該透鏡起到“捆綁”光束的作用。微透鏡能夠減少邊緣光的損失。不同于傳統膠片，影像傳感器的光電二極管難以對傾斜射入的邊緣光束加以利用，照片四周較暗。微透鏡能使傳感器邊角處的光線也能垂直射入單個的光電管。單個光電管只能記錄亮度值，也就是說，光電管是“色盲”。為了拍出彩色照片，在光電二極管的前一層加裝了紅、綠、藍三原色濾色鏡。
• 普通列表項目拜耳濾鏡中，各濾鏡之間的比例關系為紅25%、藍25%、綠50%。電腦屏幕上的所有色彩都是由這三種色彩按照不同比例混合而成的。如果三種色彩全部記錄下最大光量，像素顯示為白色。反之，如果三原色什么都沒記錄下來，像素顯示為黑色。紅、綠、藍三種色彩相互疊加得到的各種色彩，涵蓋了人眼視力所能感知的所有色彩。綠色之所以占到一半，是因為人眼對綠色更加敏感。傳感器前裝有一系列濾鏡，用于消除不想要的效果?；旧厦颗_數碼相機都裝有低通濾鏡低通濾鏡加裝在相機的傳感器前，允許低頻光線通過，阻擋高頻光線。低通濾鏡的作用在于減弱摩爾紋。磨爾紋是一種因數碼相機的感光元件受到高頻干擾，而在圖像上出現的彩色的、形狀不規律的干涉條紋。如果數碼相機感光元件的空間頻率與被攝對象的空間頻率接近，就會產生摩爾紋。如果鏡頭的分辨率小于感光元件的空間頻率，影像中就不會出現與感光元件空間頻率相近的條紋，也就不會產生摩爾紋。但是，目前的技術水平有限，只能靠加入低通濾鏡來減弱摩爾紋。然而，低通濾鏡有一弊端，那就是它會大大降低相機的成像銳度，影響畫質。

車載：通過充分利用成像&感知技術來實現高安全性能，專注于增強車載娛樂。

• 數字視頻接口（SerDes）
• 摩托車用顯示器
• 車載攝像頭/LiDAR

制造： 使用創新技術和廣泛的產品來解決所有行業的生產力提高問題。

• 半導體制造
• 電子設備制造
• FPD制造
• 食品、醫藥品、化妝品制造
• 重工業、成套設備
• 環保型材料

智能交通系統

• 智能交通系統 （ITS）
• 行車記錄儀

• Sony
• Samsung
• 海思半導體
• 意法半導體
• 美光