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从相机暗箱到CCD和CMOS图像传感器

通过大卫先生|2015年10月30日

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在摄影前长时间,有相机暗淡。它包括一个封闭的变暗的房间,最终减少到一个小盒子的大小,一个墙上的针孔开口。在屏幕上的另一侧将从外部投射倒图像。起初保留图像的唯一方法是对于框内的人来说,以将其追踪在屏幕上。据说,文艺复兴艺术家学会了以这种方式呈现透视。

即使在古代相机暗中使用的相机暗淡情况下,也众所周知,某些物质在暴露于光线时会发生变化。当托马斯Wedgewood试图建立一个摄影相机时,这些见解首次开始左右1800年左右到达1800年,以构建将捕获涂有光敏化学品的表面上的图像。他的照片是不令人满意的阴影图像,但这是一个开始。

韦奇伍德继续进行了许多实验。他用的是纸和涂有硝酸银的白色皮革。但韦奇伍德没有找到一种方法来“修复”他完成的照片,使它们不会因进一步暴露在光线下而退化。后来,为了设计一个可行的摄影过程,人们进行了几次尝试。Nicéphore Niépce在19世纪20年代制造了一台能用的相机。缺点是暴露需要几天的时间,结果充其量也就是粗糙的。

1839年,当路易斯·达盖尔(Louis Daguerre)引入了后来被称为达盖尔银版法(daguerreotype)时,一个重大的突破出现了。这一创新标志着实用摄影的开始。

数码相机与胶片相机本质上是一样的。两者都由光学透镜而不是针孔的普通暗箱组成。它们都有机械快门来控制曝光时间,还有相似的变焦和聚焦机制。

定义差异是,在数码相机中,传感器阵列用作胶片。主要传感器技术是电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)。CMOS在大多数中间数码相机应用中取代了CCD。CCD仍然占据了廉价的入门级点和拍摄领域,它在高档应用中突出,如天空摄影。两者都有他们的优势。CMOS使用远的电力远不那么少,对于想要用重量电池不承受的现场工作的摄影师或需要频繁再充电的摄影师来说至关重要。

CCD序列

CCD和CMOS图像传感器都包括通常以矩形平板布置的电池列和行。将列数乘以行的数量给出了小区的数量或图片元素(像素)。这涉及分辨率,最后是最终产品的清晰度。最新的智能手机均以惊人的16-百万像素计数评定,而尼康和佳能的DSLR相机分别推动36和50万像素的额定值。

在两个CCD和CMOS图像传感器中,将每个电池撞击的光能被转换为电能。CCD方法是将电荷移动到芯片上,在阵列的拐角处读取它。模拟/数字转换器以小区的基础数字化此信息。

简单的CMOS图像传感器单元

相反,通常的CMOS配置是用于每个单元的站点的一组晶体管,用于使用传统的传输线放大和移动信号。这使仪器将每个像素读取为单独的实体。CMOS方法的缺点是它更容易接收噪音。而且,阵列内的晶体管的存在不可避免地影响阵列的整体光敏性。

由于CMOS传感器是在普通的硅晶圆厂制造的,它们比CCD传感器便宜得多,这种低制造成本创造了进一步的规模经济。

电荷耦合器件(CCD)是以通常的方式蚀刻在硅衬底上的集成电路。与其他集成电路不同的是,它的组成元素是光敏像素。

定义的应用是光学图像转换成数字电信号。许多数码相机都使用了CMOS图像传感器,但尽管最近有了进步,其质量仍不如ccd。

CCD直接负责Hubble望远镜的高性能,该望远镜正在创造令人惊讶的深天空对象的高分辨率图像。CCD通过在离散间隔采样入射光能量的模拟值来工作。电荷,对应光强度,移动铲斗之旅的缩小行尺行。所有这些都发生在离散时间,当然很快。

除了在数码相机中使用外,CCD还适用于应用程序中的模拟存储器组件,包括电话应答机。主要用途保持为光学成像装置。

在1969年的成立时,CCD被构思为一个有希望的新模式的半导体计算机存储器。贝尔实验室的乔治史密斯和威尔德·博伊尔练习了初步细节,他们预期的成像用途以及电脑记忆。

贝尔实验室的其他研究人员扩展了史密斯-博伊尔CCD,建造了可工作的固态摄像机。柯达和尼康推出了分辨率超过100万像素的基于ccd的数码相机。

每个CCD内的P掺杂电容对应于像素。电荷从一个电容箱移动到设备内的下一步。当CCD用于捕获图像时,光线由光学透镜修改,以便在电容阵列上形成图像。每个电容器获取电荷,该电荷是施加在其上的光强度的量度。

图像存储在电容阵列后,电子控制电路引导电容器通过移位寄存器的方式将电荷转移到相邻的电容器。在线路的末端,电荷移动到电荷放大器,随后转换为电压水平。

从这一点上看,这个过程可以是模拟的,也可以是数字的,这取决于所需的产品。

帖子从相机暗箱到CCD和CMOS图像传感器第一次出现在测试和测量提示.


了下:测试和测量提示,电容器


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