KODAKKAI-02050图像传感器参数指标解析.docx
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KODAKKAI-02050图像传感器参数指标解析 摘要：CCD（chargecoupledpice）和CMOS图像传感器是摄像机的基本组成单元，并且直接决定着成像质量，本文以KAI-02050图像传感器手册的参数指标为例，对CCD的主要参数指标等进行解析关键词：CCD；参数指标；电荷；动态范围；拖尾1.引言CCD与CMOS图像传感器是摄像机的基本组成单元，都是用光敏像元阵列将入射的光信号转换成像元内的电荷，不同的是将像元中的电荷取出并转换成电压的方式和途径CCD的像元将光转换成电荷后，采用耦合的方式，将电荷逐点、逐行的用电荷移位寄存器移出，直至电荷/电压转换器所以在CCD芯片内部，图像信息主要以电荷形式移动输出；CMOS的每一个像元都有一个电荷/电压转换器，像元内的电荷直接转换成电压，在通过矩阵开关，将电压信号送出阵列，所以CMOS的图像信息主要以电压的形式传送输出的CCD主要生产厂家主要有SONY、KODAK；CMOS生产厂家较多；本文主要介绍KODAK公司生产的KAI-02050图像传感器的性能参数并进行解析2.KAI-02050图像传感器主要参数解析a）CCD结构：隔行转移型；逐行扫描。
CCD结构主要分为帧转移型（Frame-Transfer）、隔行转移型（Interline）隔行转移型：两列像素中间插入一列垂直移位寄存器和转移栅，像素上的电荷先同时转移到垂直移位寄存器上，然后再转移到水平移位寄存器移位输出见图1所示优点：快门速度快，可以任意启动曝光的起始和终止时间缺点：感光区域小，动态范围低图1隔行转移型b）最大帧率：4抽头输出：68fps；双抽头输出：34fps；单抽头输出：18fps多抽头输出的问题：当采用双抽头或四抽头输出时，图像会出现区域亮度不同的现象主要因为多抽头输出结构之间不完全一致、以及布板、杂质、半导体的生产过程的差异而产生信号差异，尽管厂家会对输出结构进行校正，但从图像上仍能看出不同抽头输出图像之间的接缝现象电荷容量：20000个电子c）电荷容量越大，动态范围越大输出灵敏度：34Uv/e-d）在CCD工作过程的最后一步，将电子电荷转换为电压，输出灵敏度（电荷转换因子）CVF为：是电子电荷；G为CCD片内放大倍数e）量子效率（QE）：KAI-02050-CBA：31%、42%、43%（620nm、540nm、470nm）量子效率：给定波长的量子效率是半导体中产生的电子数（对应有效信号，不包括暗信号）与入射光子数之比。
f）读出噪声（40MHz）：12个电子rms读出噪声电子数sread也可以表示CCD探测最小信号的能力g）暗电流：光电二极管：7个电子/秒；VCCD：140个电子/秒暗电流：当像元在无光入射的情况下产生的电流暗电流降低了动态范围，增加了CCD噪声，所以暗电流越小越好暗电流随着温度的升高而增加，所以高温下图像的暗电流噪声会比常温的大h）动态范围：64dB动态范围是一个描述CCD能够探测最小光能量和最大光能量比例的性能参数，在许多应用中都是非常重要的动态范围可以用满阱电荷和读出噪声电子数来计算动态范围DR：满阱电荷nwell可以表示CCD探测最大信号能力，读出噪声电子数sread可以表示CCD探测最小信号能力i）电荷转移效率：0.999999CCD的电荷转移过程中基本无损失j）光晕抑制：>300×光晕：当垂直CCD的电荷容量超出范围，使电荷向电荷转移相反的方向溢出产生光晕的三个因素：（1）vod（verticaloverflowdrain）电阻：vod电阻的电流增大，光电管的电荷容量会大于VCCD的容量；（2）拖尾：光直接进入VCCD，VCCD本身留存电荷最少的具有更好的抗光晕效果；（3）光电管：转移的时间里收集的电荷。
光晕抑制因子描述抑制光晕的能力：Ibloom：使输出饱和时的光强度；Isat：产生光晕时的光强度k）拖尾（smear）：-100dB拖尾：由于一个亮点导致CCD图像出现一条垂直的亮线，局部像元因光照太强使得过多的电荷溢出到垂直移位寄存器上，导致亮线或亮带计算方法：图2拖尾测试图其中，见图2所示，Vsmear是拖尾处电压，Vdark是拖尾两侧区域被遮挡后无光源入射部分的电压；Vspot是光源照射区域，此区域高度应为有效成像尺寸的10%l）图像残留：小于10个电子在每个像素曝光前都要通过复位把上一次曝光产生的电荷清除，当复位时间太短，下次曝光读出会包含上一帧残留的信号，并且不同亮度区域残留的信号量不同，导致图像反映的信号量与曝光时间不匹配m）覆盖玻璃：AR涂层，双面玻璃镀抗反射增透膜，减少入射光反射，使光尽可能多的照射到像元上参考文献：[1]KODAKKAI-02050IMAGESENSOTRevision4.0MTD/PS-1065[2]InterlineCCDSmearReferenceDocumentRevision1.0PS-0057[3]InterlineCCDChargeCapacityandAntibloomingReferenceDocumentRevision1.0PS-0063 -全文完-。
