1-6 視覺傳感器

1、第六章第六章 視覺傳感器視覺傳感器 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖像傳感器（圖像傳感器（ image transducer ），是指能感），是指能感 受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成受光學(xué)圖像信息并轉(zhuǎn)換成 可用輸出信號的傳感器，可用輸出信號的傳感器， 也是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重也是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重 要組成部分。要組成部分。 根據(jù)元件的不同，可根據(jù)元件的不同，可 以分為以分為CCD (Charge- Coupled Devices)和和 CMOS （Complementary Metal Oxide Semiconductor）兩大類）兩大類 。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6.1 電荷耦合器件 貝爾實驗室的貝爾實驗室

2、的George Smith和和 Willard Boyle將發(fā)明了的將發(fā)明了的CCD原型原型 現(xiàn)代現(xiàn)代CCD芯片外觀芯片外觀 電荷耦合器件電荷耦合器件(Charge-Coupled Devices)簡稱簡稱 CCD，是，是 1970年由美國貝爾實驗室首先研制出來的新型固體器件。作年由美國貝爾實驗室首先研制出來的新型固體器件。作 為為MOS技術(shù)的延伸而產(chǎn)生的一種半導(dǎo)體器件。技術(shù)的延伸而產(chǎn)生的一種半導(dǎo)體器件。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基于CCD光電耦器件的輸入 設(shè)備：數(shù)字?jǐn)z像機(jī)、數(shù)字相 機(jī)、平板掃描儀、指紋機(jī) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 由于由于CCDCCD具有具有光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換、信息存儲信息存儲、延時

3、延時和將和將 電信號按順序傳送電信號按順序傳送等功能等功能, ,且集成度高、功耗低且集成度高、功耗低, , 因此得到飛速發(fā)展因此得到飛速發(fā)展, ,是圖像采集及數(shù)字化處理必不是圖像采集及數(shù)字化處理必不 可少的關(guān)鍵器件可少的關(guān)鍵器件, ,廣泛應(yīng)用于科學(xué)、教育、醫(yī)學(xué)、廣泛應(yīng)用于科學(xué)、教育、醫(yī)學(xué)、 商業(yè)、工業(yè)、軍事和消費(fèi)領(lǐng)域。商業(yè)、工業(yè)、軍事和消費(fèi)領(lǐng)域。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 CCD結(jié)構(gòu)示意圖 顯微鏡下的MOS元表面6.1.1 CCD的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.基本結(jié)構(gòu) CCD基本結(jié)構(gòu)分兩部分： （1）MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體） 光敏元陣列； 電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上 制作成百上千（萬）個光敏元， 一個

4、光敏元又稱一個像素，在半 導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面 陣有規(guī)則地排列。 （2）讀出移位寄存器。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 MOS電容 CCD 是由規(guī)則排列的金屬氧化物半導(dǎo)體 （Metal Oxide Semiconductor,MOS）電容陣列組成。 Metal Oxide Semiconductor 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2. 電荷耦合器件的工作原理 CCD 光信息電脈沖 脈沖只反映一個光敏元的受光情況 脈沖幅度的高低反映該光敏元受光照的強(qiáng)弱 輸出脈沖的順序可以反映一個光敏元的位置 完成圖像傳感 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 特點(diǎn)：以電荷作為信號 基本功能：電荷的存貯和轉(zhuǎn)移 CCD基本工作原理 信號電

5、荷的信號電荷的產(chǎn)生產(chǎn)生 信號電荷的信號電荷的存貯存貯 信號電荷的信號電荷的傳輸傳輸 信號電荷的信號電荷的檢測檢測 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 (1)信號電荷的產(chǎn)生 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 v 當(dāng)金屬電極上加正電壓時， 由于電場作用，電極下P型 硅區(qū)里空穴被排斥入耗盡區(qū)。 對電子而言，是一勢能很低 的區(qū)域，稱“勢阱”。有光 線入射到硅片上時，光子作 用下產(chǎn)生電子空穴對，空 穴被電場作用排斥出耗盡區(qū)， 而電子被附近勢阱（俘獲）， 此時勢阱內(nèi)吸的光子數(shù)與光 強(qiáng)度成正比。 (2)信號電荷的存儲 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 一個MOS結(jié)構(gòu)元為MOS光敏元或一個像素， 把一個勢阱所收集的光生電子稱為一個電荷包； CCD

6、器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的MOS元， 每個金屬電極加電壓，就形成成百上千個勢阱； 如果照射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖 象，那么這些光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的 光生電荷圖象。 這就是電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)基本原理。 電荷耦合器件的光電物理效應(yīng)電荷耦合器件的光電物理效應(yīng) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 v讀出移位寄存器 a.CCD電荷耦合器件是以 電荷為信號。 b.讀出移位寄存器也是 MOS結(jié)構(gòu)。 c.由三個十分鄰近的電極 組成一個耦合單元,在三 個電極上分別施加脈沖波 三相時鐘脈沖123。 d.按照驅(qū)動脈沖時序，柵 極下電荷沿半導(dǎo)體表面按 一定方向逐個單元轉(zhuǎn)移。 （3 3）電荷轉(zhuǎn)移原理

7、）電荷轉(zhuǎn)移原理 u CCD信號電荷 的輸出的方式 主要有電流輸 出、電壓輸出 兩種,以電壓 輸出型為例： 有浮置擴(kuò)散放 大器（FDA）、 浮置柵放大器 （FGA） (4)電荷耦合器信號輸出 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 CCD器件分為線陣CCD和面陣CCD。 結(jié)構(gòu)上有多種不同形式： 單溝道CCD 雙溝道CCD 幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD 行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD。 v 二、CCD器件 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 v 線陣CCD結(jié)構(gòu) 線陣CCD傳感器是由一列MOS光敏元和一列移位寄存 器并行構(gòu)成,光敏元和移位寄存器之間有一個轉(zhuǎn)移控 制柵 。 1024位線陣，由1024個光敏元1024個讀出移位寄存 器組成。讀出移位寄存器的輸

8、出端一位位輸出信息， 這一過程是一個串行輸出過程。 二、CCD器件 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 二、CCD器件 電荷輸出控制波形電荷輸出控制波形 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 二、CCD器件 6464位線陣位線陣CCDCCD結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖(a)所示結(jié)構(gòu)由行掃描 電路、垂直輸出寄存器、感 光區(qū)和輸出二極管組成。 行掃描電路將光敏元件 內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平（行） 方向上，由垂直方向的寄存 器將信息轉(zhuǎn)移到輸出二極管， 輸出信號由信號處理電路轉(zhuǎn) 換為視頻圖像信號。 這種結(jié)構(gòu)易于引起圖像模糊。 b面型CCD圖像傳感器 面型CCD圖像傳感器由感光區(qū)、信號存儲區(qū)和輸出轉(zhuǎn)移部分組成。 二相驅(qū)動二相驅(qū)動視頻

9、輸出視頻輸出 行 掃 描 發(fā) 生 器 輸 出 寄 存 器 檢波二極管 二相驅(qū)動 感光區(qū) (a) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖（b）所示結(jié)構(gòu)增加了具有 公共水平方向電極的不透光的信息存 儲區(qū)。在正常垂直回掃周期內(nèi)，具有 公共水平方向電極的感光區(qū)所積累的 電荷同樣迅速下移到信息存儲區(qū)。 在垂直回掃結(jié)束后，感光區(qū)回復(fù) 到積光狀態(tài)。在水平消隱周期內(nèi)，存 儲區(qū)的整個電荷圖像向下移動，每次 總是將存儲區(qū)最底部一行的電荷信號 移到水平讀出器，該行電荷在讀出移 位寄存器中向右移動以視頻信號輸出。 當(dāng)整幀視頻信號自存儲移出后， 就開始下一幀信號的形成。該CCD結(jié) 構(gòu)具有單元密度高、電極簡單等優(yōu)點(diǎn)， 但增加了存儲器。

10、 溝阻 P1 P2 P3 P1 P2 P3 P1 P2 P3 感光區(qū) 存儲區(qū) 析像單元 視頻輸出 輸出柵 串行讀出 (b) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖(c)所示結(jié)構(gòu)是用得最多的 一種結(jié)構(gòu)形式。它將圖(b)中感光 元件與存儲元件相隔排列。即一列 感光單元，一列不透光的存儲單元 交替排列。在感光區(qū)光敏元件積分 結(jié)束時，轉(zhuǎn)移控制柵打開，電荷信 號進(jìn)入存儲區(qū)。 隨后，在每個水平回掃周期內(nèi) ，存儲區(qū)中整個電荷圖像一次一行 地向上移到水平讀出移位寄存器中 。接著這一行電荷信號在讀出移位 寄存器中向右移位到輸出器件，形 成視頻信號輸出。 這種結(jié)構(gòu)的器件操作簡單，但 單元設(shè)計復(fù)雜，感光單元面積減小 ，圖像清晰。

11、 光柵報時鐘光柵報時鐘 二相驅(qū)動二相驅(qū)動 輸出寄存器輸出寄存器檢波二極管檢波二極管 視頻輸出視頻輸出 垂直轉(zhuǎn)移垂直轉(zhuǎn)移 寄存器寄存器 感光區(qū)感光區(qū) 二相驅(qū)動二相驅(qū)動 (c) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 二、CCD器件 對不同型號的CCD器件而言，其工作機(jī)理是相同 的。 不同型號的CCD器件具有完全不同的外型結(jié)構(gòu)和 驅(qū)動時序，在實際使用時必須加以注意。 我們可以通過器件供貨商或直接向生產(chǎn)廠家索 取相關(guān)資料，為CCD器件的應(yīng)用提供技術(shù)支持。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 CCD器件的物理性能可以用特性參數(shù)來描述 內(nèi)部參數(shù)描述的是CCD存儲和轉(zhuǎn)移信號電荷有 關(guān)的特性,是器件理論設(shè)計的重要依據(jù)； 外部參數(shù)描述的是與

12、CCD應(yīng)用有關(guān)的性能指標(biāo) 主要包括以下內(nèi)容：電荷轉(zhuǎn)移效率、轉(zhuǎn)移損失 率、工作頻率、電荷存儲容量、靈敏度、分辨 率。 特性 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 CCD傳感器應(yīng)用時是將不同光源與透鏡、鏡頭、 光導(dǎo)纖維、濾光鏡及反射鏡等各種光學(xué)元件結(jié)合， 主要用來裝配輕型攝像機(jī)、攝像頭、工業(yè)監(jiān)視器。 CCD應(yīng)用技術(shù)是光、機(jī)、電和計算機(jī)相結(jié)合的高 新技術(shù)，作為一種非常有效的非接觸檢測方法， CCD被廣泛用于在線檢測尺寸、位移、速度、定 位和自動調(diào)焦等方面。 三、應(yīng)用舉例 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 利用利用CCDCCD測量測量幾何量。幾何量。，CCDCCD誕生后，首先在工業(yè)誕生后，首先在工業(yè) 檢測中制成測量長度的光電傳感

13、器，物體通過物檢測中制成測量長度的光電傳感器，物體通過物 鏡在鏡在CCDCCD光敏元上造成影像，光敏元上造成影像，CCDCCD輸出的脈沖表征輸出的脈沖表征 測量工件的尺寸或缺陷；測量工件的尺寸或缺陷； 用于用于傳真?zhèn)髡婕夹g(shù)，技術(shù)，文字、圖象識別文字、圖象識別。例如用。例如用CCDCCD識識 別集別集成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用；成電路焊點(diǎn)圖案，代替光點(diǎn)穿孔機(jī)的作用； 自動流水線裝置，機(jī)床、自動售貨機(jī)、自動監(jiān)視自動流水線裝置，機(jī)床、自動售貨機(jī)、自動監(jiān)視 裝置、指紋機(jī)；裝置、指紋機(jī)； 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 CCDCCD固態(tài)圖像傳感器作為固態(tài)圖像傳感器作為攝像機(jī)或像敏器件攝像機(jī)或像敏器件，

14、取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描），取代攝像裝置的光學(xué)掃描系統(tǒng)（電子束掃描）， 與其它攝像器件相比，尺寸小、價廉、工作電與其它攝像器件相比，尺寸小、價廉、工作電 壓低、功耗小，且不需要高壓壓低、功耗小，且不需要高壓; ; 作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)；作為機(jī)器人視覺系統(tǒng)； M2AM2A攝影膠囊攝影膠囊（Mouth anusMouth anus）, ,由發(fā)光二極管做由發(fā)光二極管做 光源，光源，CCDCCD做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門，信號做攝像機(jī)，每秒鐘兩次快門，信號 發(fā)射到存儲器，存儲器取下后接入計算機(jī)將圖發(fā)射到存儲器，存儲器取下后接入計算機(jī)將圖 像進(jìn)行下載。像進(jìn)行下載。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實例1

15、： 測量拉絲過程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機(jī)械加工的軸類測量拉絲過程中絲的線徑、軋鋼的直徑、機(jī)械加工的軸類 或桿類的直徑等等，這里以玻璃管直徑與壁厚的測量為例?；驐U類的直徑等等，這里以玻璃管直徑與壁厚的測量為例。 玻璃管玻璃管CCD CCD視頻信號 視頻信號 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管成像的兩由于玻璃管的透射率分布的不同，玻璃管成像的兩 條暗帶最外邊界距離為玻璃管外徑大小，中間亮帶條暗帶最外邊界距離為玻璃管外徑大小，中間亮帶 反映了玻璃管內(nèi)徑大小，而暗帶則是玻璃管的壁厚反映了玻璃管內(nèi)徑大小，而暗帶則是玻璃管的壁厚 像。像。 成像物鏡的放大倍率為成像物鏡的放大倍率為

16、，CCDCCD相元尺寸為相元尺寸為t t，上壁，上壁 厚、下壁厚分別為厚、下壁厚分別為n1n1、n2 n2 ，外徑尺寸的脈沖數(shù)（即，外徑尺寸的脈沖數(shù)（即 像元個數(shù)）為像元個數(shù)）為N N，測量結(jié)果有：測量結(jié)果有： 11 22 / / / dnt dn t DN t 分別為上壁厚、分別為上壁厚、 下壁厚，外徑尺寸。下壁厚，外徑尺寸。 1 d 2 dD 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實例2:線陣CCD進(jìn)行工件尺寸測量 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實例實例3 3： M2AM2A膠囊膠囊 CCDCCD在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 6.2 CMOS成像器件 CMOS（Complementa

17、ry Metal Oxide Semiconductor） ，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，電壓控制的一種放大器件。是，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，電壓控制的一種放大器件。是 組成組成CMOS數(shù)字集成電路的基本單元。數(shù)字集成電路的基本單元。 1970年，年，CMOS圖像傳圖像傳 感器在感器在NASA的噴氣推的噴氣推 進(jìn)實驗室制造成功。進(jìn)實驗室制造成功。 1997年，英國愛丁堡年，英國愛丁堡 VLSI Version公司首次公司首次 實現(xiàn)實現(xiàn)CMOS圖像傳感器圖像傳感器 的商品化。的商品化。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 它的主要組成部分是它的主要組成部分是像敏單元陣像敏單元陣 列列和和輸出及信號處理電路輸出及信號處

18、理電路，而且這，而且這 兩部分是集成在同一硅片上的；兩部分是集成在同一硅片上的； 像敏單元陣列由像敏單元陣列由光電二極管陣列光電二極管陣列 構(gòu)成。構(gòu)成。如圖中所示的像敏單元陣列如圖中所示的像敏單元陣列 按按X和和Y方向排列成方陣，方陣中的方向排列成方陣，方陣中的 每一個像敏單元都有它在每一個像敏單元都有它在X，Y各方各方 向上的地址，并可分別由兩個方向向上的地址，并可分別由兩個方向 的地址譯碼器進(jìn)行選擇；輸出信號的地址譯碼器進(jìn)行選擇；輸出信號 送送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù) 字信號輸出。字信號輸出。 1. CMOS成像器件的組成 6.1.2 CMOS成像器件的工作原

19、理 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 圖像信號的輸出過程：圖像信號的輸出過程： 在在Y方向地址譯碼器（可以采用移方向地址譯碼器（可以采用移 位寄存器）的控制下，依次序接通每位寄存器）的控制下，依次序接通每 行像敏單元上的模擬開關(guān)（圖中標(biāo)志行像敏單元上的模擬開關(guān)（圖中標(biāo)志 的的Si,j），信號將通過行開關(guān)傳送到列），信號將通過行開關(guān)傳送到列 線上；線上； 通過通過X方向地址譯碼器（可以采用方向地址譯碼器（可以采用 移位寄存器）的控制，輸送到放大器。移位寄存器）的控制，輸送到放大器。 由于信號經(jīng)行與列開關(guān)輸出，因此，由于信號經(jīng)行與列開關(guān)輸出，因此， 可以實現(xiàn)逐行掃描或隔行掃描的輸出可以實現(xiàn)逐行掃描或隔行掃描的

20、輸出 方式。也可以只輸出某一行或某一列方式。也可以只輸出某一行或某一列 的信號。的信號。 1. CMOS成像器件的組成 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 注意：在注意：在CMOSCMOS圖像傳感器圖像傳感器 的同一芯片中，還可以設(shè)的同一芯片中，還可以設(shè) 置其他數(shù)字處理電路。置其他數(shù)字處理電路。 例如，可以進(jìn)行自動曝光例如，可以進(jìn)行自動曝光 處理、非均勻性補(bǔ)償、白處理、非均勻性補(bǔ)償、白 平衡處理、平衡處理、校正、黑電校正、黑電 平控制等處理。甚至于將平控制等處理。甚至于將 具有運(yùn)算和可編程功能的具有運(yùn)算和可編程功能的 DSPDSP器件制作在一起形成多器件制作在一起形成多 種功能的器件。種功能的器件。 1.

21、CMOS成像器件的組成 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 像敏單元結(jié)構(gòu)指每個成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是像敏單元結(jié)構(gòu)指每個成像單元的電路結(jié)構(gòu)，是CMOS 圖像傳感器的核心組件。圖像傳感器的核心組件。 像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型：像敏單元結(jié)構(gòu)有兩種類型： 被動像敏單元結(jié)構(gòu)被動像敏單元結(jié)構(gòu) 主動像敏單元結(jié)構(gòu)主動像敏單元結(jié)構(gòu)。 2. CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 只包含光電二極管只包含光電二極管 和地址選通開關(guān)兩和地址選通開關(guān)兩 部分。部分。 2. CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu) 被動像敏單元結(jié)構(gòu)被動像敏單元結(jié)構(gòu) 被動像敏單元 結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是固 定圖案噪聲（FPN） 大、圖像信號的 信噪比較低。 山

22、西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 主動像敏單元結(jié)構(gòu)是當(dāng)前得主動像敏單元結(jié)構(gòu)是當(dāng)前得 到實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。它與被到實際應(yīng)用的結(jié)構(gòu)。它與被 動像敏單元結(jié)構(gòu)的最主要區(qū)動像敏單元結(jié)構(gòu)的最主要區(qū) 別是，在別是，在每個像敏單元都經(jīng)每個像敏單元都經(jīng) 過放大后，才通過場效應(yīng)管過放大后，才通過場效應(yīng)管 模擬開關(guān)傳輸模擬開關(guān)傳輸，所以固定圖，所以固定圖 案噪聲大為降低，圖像信號案噪聲大為降低，圖像信號 的信噪比顯著提高。的信噪比顯著提高。 主動像敏單元結(jié)構(gòu)主動像敏單元結(jié)構(gòu) 2. CMOS成像器件的像敏單元結(jié)構(gòu) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 場效應(yīng)管場效應(yīng)管T1T1構(gòu)成光電二極管的負(fù)載，它構(gòu)成光電二極管的負(fù)載，它 的柵極接在復(fù)位信號線上，

23、當(dāng)復(fù)位脈沖到的柵極接在復(fù)位信號線上，當(dāng)復(fù)位脈沖到 來時，來時，T1T1導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位；導(dǎo)通，光電二極管被瞬時復(fù)位； 當(dāng)復(fù)位脈沖消失后，當(dāng)復(fù)位脈沖消失后，T1T1截止，光電二極截止，光電二極 管開始積分光信號。管開始積分光信號。 T2T2為源極跟隨器，它將光電二極管的高為源極跟隨器，它將光電二極管的高 阻抗輸出信號進(jìn)行電流放大。阻抗輸出信號進(jìn)行電流放大。 T3T3用做選址模擬開關(guān)，當(dāng)選通脈沖到來用做選址模擬開關(guān)，當(dāng)選通脈沖到來 時，時，T3T3導(dǎo)通，使被放大的光電信號輸送到導(dǎo)通，使被放大的光電信號輸送到 列總線上。列總線上。 主動像敏單元結(jié)構(gòu)主動像敏單元結(jié)構(gòu) 2. CMOS成像器件的

24、像敏單元結(jié)構(gòu) 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 3. CMOS器件的工作流程 CMOS圖像傳感器的功能很多，組成也很復(fù)雜。由像圖像傳感器的功能很多，組成也很復(fù)雜。由像 敏單元，行列開關(guān)，地址譯碼器，敏單元，行列開關(guān)，地址譯碼器，A/D轉(zhuǎn)換器等許多部轉(zhuǎn)換器等許多部 分組成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。分組成較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。 應(yīng)使諸多的組成部分按一定的程序工作，以便協(xié)調(diào)各應(yīng)使諸多的組成部分按一定的程序工作，以便協(xié)調(diào)各 組成部分的工作。為了實施工作流程，還要設(shè)置時序脈組成部分的工作。為了實施工作流程，還要設(shè)置時序脈 沖，利用它的時序關(guān)系去控制各部分的運(yùn)行次序；并用沖，利用它的時序關(guān)系去控制各部分的運(yùn)行次序；并用 它的電平或前

25、后沿去適應(yīng)各組成部分的電氣性能。它的電平或前后沿去適應(yīng)各組成部分的電氣性能。 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （1）初始化）初始化 初始化時要確定器件初始化時要確定器件 的工作模式，如：輸?shù)墓ぷ髂Ｊ?，如：?出偏壓、放大器的增出偏壓、放大器的增 益、取景器是否開通，益、取景器是否開通， 并設(shè)定積分時間。并設(shè)定積分時間。 3. CMOS器件的工作流程 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （2 2）幀讀出（）幀讀出（YRYR）移位）移位 寄存器初始化寄存器初始化 利用同步脈沖利用同步脈沖SYNC-YRSYNC-YR， 可以使可以使YRYR移位寄存器初移位寄存器初 始化。始化。SYNC-YRSYNC-YR為行啟動為行啟動

26、脈沖序列，不過在它的脈沖序列，不過在它的 第一行啟動脈沖到來之第一行啟動脈沖到來之 前，有一消隱期間，在前，有一消隱期間，在 此期間內(nèi)要發(fā)送一個幀此期間內(nèi)要發(fā)送一個幀 啟動脈沖。啟動脈沖。 3. CMOS器件的工作流程 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （3 3）啟動行讀出）啟動行讀出 SYNC-YRSYNC-YR指令可以啟動行讀出，指令可以啟動行讀出， 從第一行（從第一行（Y Y0 0）開始，直至）開始，直至 Y YY Ymaxmax止；止；Y Ymaxmax等于行的像等于行的像 敏單元減去積分時間所占去的敏單元減去積分時間所占去的 像敏單元。像敏單元。 （4）啟動）啟動X移位寄存器移位寄存器 利用同步

27、信號利用同步信號SYNC-X，啟，啟 動動X移位寄存器開始讀數(shù)，從移位寄存器開始讀數(shù)，從 X0起，至起，至XXmax止；止；X 移位寄存器存一幅圖像信號。移位寄存器存一幅圖像信號。 3. CMOS器件的工作流程 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （5 5）信號采集）信號采集 A/DA/D轉(zhuǎn)換器對一幅圖像信號轉(zhuǎn)換器對一幅圖像信號 進(jìn)行進(jìn)行A/DA/D數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集。 （6 6）啟動下行讀數(shù)）啟動下行讀數(shù) 讀完一行后，發(fā)出指令，讀完一行后，發(fā)出指令， 接著進(jìn)行下一行讀數(shù)。接著進(jìn)行下一行讀數(shù)。 （7 7）復(fù)位）復(fù)位 幀復(fù)位是用同步信號幀復(fù)位是用同步信號SYNC-SYNC- YLYL控制的，從控制的，從SYN

28、C-YLSYNC-YL開始至開始至 SYNC-YRSYNC-YR出現(xiàn)的時間間隔便是出現(xiàn)的時間間隔便是 曝光時間。為了不引起混亂，曝光時間。為了不引起混亂， 在讀出信號之前應(yīng)當(dāng)確定曝光在讀出信號之前應(yīng)當(dāng)確定曝光 時間。時間。 3. CMOS器件的工作流程 山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 （8 8）輸出放大器復(fù)位）輸出放大器復(fù)位 用于消除前一個像敏單用于消除前一個像敏單 元信號的影響，由脈沖信號元信號的影響，由脈沖信號 SINSIN控制對輸出放大器的復(fù)位。控制對輸出放大器的復(fù)位。 （9 9）信號采樣）信號采樣/ /保持保持 為適應(yīng)為適應(yīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器的工作，轉(zhuǎn)換器的工作， 設(shè)置采樣設(shè)置采樣/ /保持脈沖，該脈沖保持脈沖，該脈沖 由脈