实例介绍
【实例简介】
《CCD/CMOS图像传感器基础与应用》从CCD图像传感器的基本工作原理出发，利用丰富的插图，简明易懂地介绍CCD图像传感器的各种构造及工作方式、各种特性和应用技术等。另外，也对随着片上系统的研发成功在广泛领域期待应用的CM0S图像传感器，如特征与技术、片上系统等进行详细介绍。
CCD/ CMOS图像传感器 基础与应用 〔日〕米本和也著 陈榕庭彭美桂译 崔凯校 斜学寓撤 北京 图字:01-2006-3703号 内容简介 CCD图像传感器和CMOS图像传感器,最初主要应用于数字照相机和 数字摄像机等,但近几年以惊人的速度广泛应用于手机、个人计算机及 PDA等小型装置 本书从CCD图像传感器的基本工作原理出发,利用丰富的插图,简明 易懂地介绍CCD图像传感器的各种构造及工作方式各种特性和应用技术 等。另外,也对随着片上系统的研发成功在广泛领域期待应用的CMOS图 像传感器,如特征与技术、片上系统等进行详细介绍。 本书可供图像传感器相关领域的工程技术人员、研发和设计人员,以及 大专院校相关专业的师生参考学习 图书在版编目(CIP)数据 CCD/CMOS图像传感器基础与应用/(日)米本和也著;陈榕庭,彭美桂 译;崔凯校.一北京:科学出版社,2006 ISBN7-03-0177282 I.C…Ⅱ.①米…②陈…③彭…④崔…Ⅲ.图像处理-传感器-图解 Ⅳ.TP212-64 中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第083989号 贲任编辑:崔炳哲/责饪制作:魏谨 责任印制:刘士平/封面设计:李力 此京方科龙图皮肖限贫司制作 http://www.okbook.com.cn 学☆腹#出版 北京东黄城根北街16号 邮政绵码:100717 http:/www.sciencep.com 新誉印剩厂印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2006年9月第 版 开本:B5(720×1000) 2006年9月第一次印刷 印张:151/2 印数:1-4000 字数:231000 定价:32.00元 (如有印装质量问题,我社负责调换〈环伟)) 前言 砂蟛影紗泌變龄恻憨赚楼领够錢乐簽易 大家是否想过,平常我们所收看的电视节目,其中的图像是如 何播放出来的?众所周知,电视节目是将用摄影机拍下人眼看见 的世界转换成电信号后,再以电视机的显像管播放出来的。在摄 影机中,扮演人眼视网膜角色的就是不可缺少的图像传感器。 回顾电视机的历史,最早诞生的图像传感器是属于真空管之 的摄像管。它被固态摄影元件—CCD图像传感器取代之前, 有很长一段时间内担任输入图像的重要元件而活跃起来。虽然到 现在,摄像管仍应用于某些特殊场合,不过现在的摄影机,几乎全 部使用CCD图像传感器。近年来,取代传统胶卷照相机的数字照 相机,普遍存在于我们的日常生活中。在数字照相机中,小型且可 提供高画质图像的元件,正是CCD图像传感器和CMOS图像传 感器。 图像传感器虽是照相机中的关键元件,但相关的专业书籍却 是甚少。诸多前辈已出版的专业书籍简单易懂且说明详尽,对于 专家而言相当有用,可谓不可或缺的专业书;但本书则面向CCD 图像传感器与CMOS图像传感器的初学者,从基础到应用以图解 形式进行解说,便于读者理解各项原理。 本书特点之一是附录部分,其中列出了即使是专门研究图像 传感器的研究人员还是应用技术人员,平常很少使用且容易忘记 的项目。为了定量地理解,包括推导过程等利用公式加以解说。 内容方面,以图像传感器的基础为主线,穿插介绍关于照相机方面 不可或缺的图像传感器特有的信号处理技术。 此外,本书也涉及电视机播放目的以外的CMOS图像传感器 技术,希望尽可能以有限的篇幅,提供从一般技术到广泛应用的各 层面的认识。由于照相机应用的技术越来越专业且多样化,因此 实际上用一本专业书籍进行完整的介绍是不可能的。我想,即使 是从事图像传感器照相机信号处理的相关技术人员,仍有知识不 足的地方。另外,为了避免初学者对于大量的专业术语感到困惑, 对于在本书中重复出现的术语进行了粗略的解释。“专业术语解 il前言 释”中不乏英文部分,我想应该能派上用场 作者从事CCD图像传感器与CMOS图像传感器的研究开发 已近20年,基于在研讨会担任讲师的各方面经验汇编出本书。关 于在研讨会上,学生提出的众多问题,即便是专家认为理所当然的 问题,我也予以详细介绍,让大家确实地理解,这也是我希望做到 的回馈。虽然从图像传感器漫长的历史来看,这些经验和知识实 在微不足道,但为了让更多的人知道诸多前辈的伟大事迹,我才下 定决心执笔编写本书。从对图像传感器感兴趣的学生,直到想弥 补知识不足的专家,希望本书能助大家一臂之力。若进而出现技 术革新的创新,我甚感荣幸。此外,关于介绍CCD图像传感器动 作的部分,感谢 LINK RESEARCH株式会社同意使用三维元件 仿真器 最后,本书出版之际除向诸位前辈表示敬意外,同时对给予各 方协助人士,由衷表示感谢。 著者 CCD/CMOS Image Sensor no Kiso to Quyou by Kazuya yonemoto Copyright o 2003 by Kazuya Yonemoto All rights reserved Originally published in Japan by CQ Publishing Co, Ltd. Toky Chinese (in simplified character only) translation rights arranged with CQ Pubishing Co, Itd., Japan CCD/CMOS亻x一·>基礎上庞用 米本和也cQ出版株式会社2005 著者简介 米本和也 1959年出生于东京都 1984年早稻田大学研究生院理工学研究科硕士课程结业 问年进人索尼公司,就职于厚木工厂半导体事业本部CCD事业部从事 CCD图像传感器、CMOs图像传感器研发工作 2001年担任三星电子 System lSI事业部CCD开发责任研究委员(常务) 2002年早稻田大学研究生院理学研究科博土课程毕业,获工学博士 2003年进入松下电器产业株式会社 现在就职于松下半导体事业总部图像传感器商业单元开发组 目录 峤認双效戀效瓷烈游%家经数龄阅织编缓国爹然然器斜染陵∷前容等縱染刻慼 第1章图像传感器的历史—从摄影元件的诞生到 CCD/CMOS图像传感器… 1.1图像传感器的登场 1.2固态图像传感器 1.3CCD图像传感器的实用化 1.4CMOS图像传感器 112360 参考文献 …10 第2章何谓图像传感器——基于光电转换与扫描的摄 影基本概念 13 2.1基本概念……………………13 2.1.1受光 2.1.2信号的读出 2.1.3图像信号的传输 2.1.4光电转换与扫描… …16 2.2图像传感器的很多种类 18 2.2.1光电转换的材料 ………18 2.2.2扫描方式… ……………19 22.3像素为无源还是有源………19 2.3超过预期的多用途与未来的梦想 20 2.3.1用于任何场所 t。●● 21 2.3.2特殊用途…… 21 参考文献 ·a······························ 22 第3章CCD图像传感器的基础——从光电转换到信号 输出的方式与特征 23 3.1动作原理 pD。·dt◆鲁·●●●●·。身·.。命●·.·.···● 23 3.1.1光电转换 24 录 31.2电荷的储存… 28 3.1.3电荷的转移(CCD的原理)……34 3.1.4电荷的检测 45 3.2转移方式与扫描方式 51 3.2.1帧转移方式………51 3.2.2行间转移方式 53 3.2.3帧行间转移方式 3.2.4扫描方式与读出转移动作… 57 3.2.5其他转移方式……………………60 3.3像素的构造与动作 65 参考文献 70 第4章CCD图像传感器的特性一一感光度、动态范围 及分辨率等 鲁●鲁 73 4.1必须强调的基本特性 73 4.1.1感光度 ··即●· 74 4.1.2动态范围(饱和信号量)…………83 4.1.3分辨率 ●D。。··● 86 4.1.4漏光 90 4.1.5残像……………93 4.1.6光谱感光度 96 4.2无法避免的噪声 98 4.2.1随机噪声…………………………98 4.2.2固定图形噪声 102 4.2.3噪声的评估 105 参考文献 音。·命·当。甲音非音·●···············身·非命 108 第5章CCD图像传感器的应用技术——从静止图像到 彩色视频………………………109 5.1动作方式与送出的信号 109 5.1.1端子构成举例………………109 5.1.2驱动时序与信号输出 5.1.3信号输出的全貌 ·112 5.2特有功能与特殊的摄影方式……………114 52.1电子快门 目录ⅴ 5.2.2手震校正…… 118 5.2.3快门校正………… ………121 5.2.4广动态范围摄影 122 52.5高速摄影 124 5.3数字照相机CCD图像传感器的差异127 5.3.1两种CCD图像传感器 127 5.3.2动作时序 130 5.4信号的处理方式………………………131 5.4.1黑白照相机系统与信号处理……132 5.4.2单板式彩色CCD图像传感器与 信号处理 鲁由●春◆·由 …………134 54.3数字照相机的信号处理…………140 5.4.4制图 141 参考文献………………………………144 第6章CMOS图像传感器的特征与技术——从基础到 解决固定图形噪声 147 6.1CMOS图像传感器的特征与CCD图像传感 器的比较 ………147 6.1.1构造与动作方式的差异 ………148 6.1.2制造过程与片上系统 …150 6.1.3特性与电源 151 6.1.4储存的同时性…………………152 6.1.5混色 154 6.2解决固定图形噪声的问题………………156 6.2.1固定图形噪声的产生原因 156 6.2.2各种像素构造……… 158 6.2.3抑制固定图形噪声的方法 ……165 参考文献 ·鲁由咖 175 第7章片上系统—一片上照相机、图像处理到嵌入功能 的技术 177 7.1片上照相机 178 7.1.1片上照相机的构成 ……178 7.1.2片上系统的理想状态 179 【实例截图】
【核心代码】
《CCD/CMOS图像传感器基础与应用》从CCD图像传感器的基本工作原理出发，利用丰富的插图，简明易懂地介绍CCD图像传感器的各种构造及工作方式、各种特性和应用技术等。另外，也对随着片上系统的研发成功在广泛领域期待应用的CM0S图像传感器，如特征与技术、片上系统等进行详细介绍。
CCD/ CMOS图像传感器 基础与应用 〔日〕米本和也著 陈榕庭彭美桂译 崔凯校 斜学寓撤 北京 图字:01-2006-3703号 内容简介 CCD图像传感器和CMOS图像传感器,最初主要应用于数字照相机和 数字摄像机等,但近几年以惊人的速度广泛应用于手机、个人计算机及 PDA等小型装置 本书从CCD图像传感器的基本工作原理出发,利用丰富的插图,简明 易懂地介绍CCD图像传感器的各种构造及工作方式各种特性和应用技术 等。另外,也对随着片上系统的研发成功在广泛领域期待应用的CMOS图 像传感器,如特征与技术、片上系统等进行详细介绍。 本书可供图像传感器相关领域的工程技术人员、研发和设计人员,以及 大专院校相关专业的师生参考学习 图书在版编目(CIP)数据 CCD/CMOS图像传感器基础与应用/(日)米本和也著;陈榕庭,彭美桂 译;崔凯校.一北京:科学出版社,2006 ISBN7-03-0177282 I.C…Ⅱ.①米…②陈…③彭…④崔…Ⅲ.图像处理-传感器-图解 Ⅳ.TP212-64 中国版本图书馆CIP数据核字(2006)第083989号 贲任编辑:崔炳哲/责饪制作:魏谨 责任印制:刘士平/封面设计:李力 此京方科龙图皮肖限贫司制作 http://www.okbook.com.cn 学☆腹#出版 北京东黄城根北街16号 邮政绵码:100717 http:/www.sciencep.com 新誉印剩厂印刷 科学出版社发行各地新华书店经销 2006年9月第 版 开本:B5(720×1000) 2006年9月第一次印刷 印张:151/2 印数:1-4000 字数:231000 定价:32.00元 (如有印装质量问题,我社负责调换〈环伟)) 前言 砂蟛影紗泌變龄恻憨赚楼领够錢乐簽易 大家是否想过,平常我们所收看的电视节目,其中的图像是如 何播放出来的?众所周知,电视节目是将用摄影机拍下人眼看见 的世界转换成电信号后,再以电视机的显像管播放出来的。在摄 影机中,扮演人眼视网膜角色的就是不可缺少的图像传感器。 回顾电视机的历史,最早诞生的图像传感器是属于真空管之 的摄像管。它被固态摄影元件—CCD图像传感器取代之前, 有很长一段时间内担任输入图像的重要元件而活跃起来。虽然到 现在,摄像管仍应用于某些特殊场合,不过现在的摄影机,几乎全 部使用CCD图像传感器。近年来,取代传统胶卷照相机的数字照 相机,普遍存在于我们的日常生活中。在数字照相机中,小型且可 提供高画质图像的元件,正是CCD图像传感器和CMOS图像传 感器。 图像传感器虽是照相机中的关键元件,但相关的专业书籍却 是甚少。诸多前辈已出版的专业书籍简单易懂且说明详尽,对于 专家而言相当有用,可谓不可或缺的专业书;但本书则面向CCD 图像传感器与CMOS图像传感器的初学者,从基础到应用以图解 形式进行解说,便于读者理解各项原理。 本书特点之一是附录部分,其中列出了即使是专门研究图像 传感器的研究人员还是应用技术人员,平常很少使用且容易忘记 的项目。为了定量地理解,包括推导过程等利用公式加以解说。 内容方面,以图像传感器的基础为主线,穿插介绍关于照相机方面 不可或缺的图像传感器特有的信号处理技术。 此外,本书也涉及电视机播放目的以外的CMOS图像传感器 技术,希望尽可能以有限的篇幅,提供从一般技术到广泛应用的各 层面的认识。由于照相机应用的技术越来越专业且多样化,因此 实际上用一本专业书籍进行完整的介绍是不可能的。我想,即使 是从事图像传感器照相机信号处理的相关技术人员,仍有知识不 足的地方。另外,为了避免初学者对于大量的专业术语感到困惑, 对于在本书中重复出现的术语进行了粗略的解释。“专业术语解 il前言 释”中不乏英文部分,我想应该能派上用场 作者从事CCD图像传感器与CMOS图像传感器的研究开发 已近20年,基于在研讨会担任讲师的各方面经验汇编出本书。关 于在研讨会上,学生提出的众多问题,即便是专家认为理所当然的 问题,我也予以详细介绍,让大家确实地理解,这也是我希望做到 的回馈。虽然从图像传感器漫长的历史来看,这些经验和知识实 在微不足道,但为了让更多的人知道诸多前辈的伟大事迹,我才下 定决心执笔编写本书。从对图像传感器感兴趣的学生,直到想弥 补知识不足的专家,希望本书能助大家一臂之力。若进而出现技 术革新的创新,我甚感荣幸。此外,关于介绍CCD图像传感器动 作的部分,感谢 LINK RESEARCH株式会社同意使用三维元件 仿真器 最后,本书出版之际除向诸位前辈表示敬意外,同时对给予各 方协助人士,由衷表示感谢。 著者 CCD/CMOS Image Sensor no Kiso to Quyou by Kazuya yonemoto Copyright o 2003 by Kazuya Yonemoto All rights reserved Originally published in Japan by CQ Publishing Co, Ltd. Toky Chinese (in simplified character only) translation rights arranged with CQ Pubishing Co, Itd., Japan CCD/CMOS亻x一·>基礎上庞用 米本和也cQ出版株式会社2005 著者简介 米本和也 1959年出生于东京都 1984年早稻田大学研究生院理工学研究科硕士课程结业 问年进人索尼公司,就职于厚木工厂半导体事业本部CCD事业部从事 CCD图像传感器、CMOs图像传感器研发工作 2001年担任三星电子 System lSI事业部CCD开发责任研究委员(常务) 2002年早稻田大学研究生院理学研究科博土课程毕业,获工学博士 2003年进入松下电器产业株式会社 现在就职于松下半导体事业总部图像传感器商业单元开发组 目录 峤認双效戀效瓷烈游%家经数龄阅织编缓国爹然然器斜染陵∷前容等縱染刻慼 第1章图像传感器的历史—从摄影元件的诞生到 CCD/CMOS图像传感器… 1.1图像传感器的登场 1.2固态图像传感器 1.3CCD图像传感器的实用化 1.4CMOS图像传感器 112360 参考文献 …10 第2章何谓图像传感器——基于光电转换与扫描的摄 影基本概念 13 2.1基本概念……………………13 2.1.1受光 2.1.2信号的读出 2.1.3图像信号的传输 2.1.4光电转换与扫描… …16 2.2图像传感器的很多种类 18 2.2.1光电转换的材料 ………18 2.2.2扫描方式… ……………19 22.3像素为无源还是有源………19 2.3超过预期的多用途与未来的梦想 20 2.3.1用于任何场所 t。●● 21 2.3.2特殊用途…… 21 参考文献 ·a······························ 22 第3章CCD图像传感器的基础——从光电转换到信号 输出的方式与特征 23 3.1动作原理 pD。·dt◆鲁·●●●●·。身·.。命●·.·.···● 23 3.1.1光电转换 24 录 31.2电荷的储存… 28 3.1.3电荷的转移(CCD的原理)……34 3.1.4电荷的检测 45 3.2转移方式与扫描方式 51 3.2.1帧转移方式………51 3.2.2行间转移方式 53 3.2.3帧行间转移方式 3.2.4扫描方式与读出转移动作… 57 3.2.5其他转移方式……………………60 3.3像素的构造与动作 65 参考文献 70 第4章CCD图像传感器的特性一一感光度、动态范围 及分辨率等 鲁●鲁 73 4.1必须强调的基本特性 73 4.1.1感光度 ··即●· 74 4.1.2动态范围(饱和信号量)…………83 4.1.3分辨率 ●D。。··● 86 4.1.4漏光 90 4.1.5残像……………93 4.1.6光谱感光度 96 4.2无法避免的噪声 98 4.2.1随机噪声…………………………98 4.2.2固定图形噪声 102 4.2.3噪声的评估 105 参考文献 音。·命·当。甲音非音·●···············身·非命 108 第5章CCD图像传感器的应用技术——从静止图像到 彩色视频………………………109 5.1动作方式与送出的信号 109 5.1.1端子构成举例………………109 5.1.2驱动时序与信号输出 5.1.3信号输出的全貌 ·112 5.2特有功能与特殊的摄影方式……………114 52.1电子快门 目录ⅴ 5.2.2手震校正…… 118 5.2.3快门校正………… ………121 5.2.4广动态范围摄影 122 52.5高速摄影 124 5.3数字照相机CCD图像传感器的差异127 5.3.1两种CCD图像传感器 127 5.3.2动作时序 130 5.4信号的处理方式………………………131 5.4.1黑白照相机系统与信号处理……132 5.4.2单板式彩色CCD图像传感器与 信号处理 鲁由●春◆·由 …………134 54.3数字照相机的信号处理…………140 5.4.4制图 141 参考文献………………………………144 第6章CMOS图像传感器的特征与技术——从基础到 解决固定图形噪声 147 6.1CMOS图像传感器的特征与CCD图像传感 器的比较 ………147 6.1.1构造与动作方式的差异 ………148 6.1.2制造过程与片上系统 …150 6.1.3特性与电源 151 6.1.4储存的同时性…………………152 6.1.5混色 154 6.2解决固定图形噪声的问题………………156 6.2.1固定图形噪声的产生原因 156 6.2.2各种像素构造……… 158 6.2.3抑制固定图形噪声的方法 ……165 参考文献 ·鲁由咖 175 第7章片上系统—一片上照相机、图像处理到嵌入功能 的技术 177 7.1片上照相机 178 7.1.1片上照相机的构成 ……178 7.1.2片上系统的理想状态 179 【实例截图】
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