圖像傳感器的應(yīng)用詳解

隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，圖像傳感器早已被廣泛應(yīng)用于消費電子、醫(yī)療電子、航空電子等領(lǐng)域，本文就將介紹圖像傳感器常用的應(yīng)用領(lǐng)域及具體的應(yīng)用情況。

數(shù)碼相機

早期，在數(shù)碼相機領(lǐng)域，CCD是無可爭議的霸主，絕大部分數(shù)碼相機都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端單反相機型號上采用CMOS元件。不過近年來，CMOS發(fā)展勢頭迅猛，幾乎已經(jīng)在家用單反相機中一統(tǒng)江湖。

CCD元件的色彩飽和度好，圖像較為銳利，質(zhì)感更加真實，特別是在較低感光度下的表現(xiàn)很好。不過，CCD元件的制造成本高，在高感光度下的表現(xiàn)不太好，而且功耗較大。

CMOS的色彩飽和度和質(zhì)感則略差于CCD，但處理芯片可以彌補這些差距。重要的是，CMOS具備硬件降噪機制，在高感光度下的表現(xiàn)要好于CCD，此外，它的讀取速度也更快。

這些特性特別適合性能較高的單反相機，因此目前市場中常見的單反數(shù)碼相機幾乎都采用了CMOS傳感器。這些裝備了CMOS傳感器的數(shù)碼相機甚至具備了拍攝全高清（FullHD）視頻的能力，這是使用CCD的數(shù)碼相機目前無法做到的。

CMOS另一個優(yōu)勢就是非常省電，只有普通CCD的1/3左右。雖然CMOS元件在低感光度下的表現(xiàn)比CCD差，特別是在小尺寸的家用消費類相機成像元件上，由于像素面積小，這個缺陷就更為明顯。

智能手機

我們知道相比于CCD傳感器，CMOS傳感器在功耗、體積及制造成本方面有著不可比擬的優(yōu)勢，而這些正在生產(chǎn)廠家在大規(guī)模市場應(yīng)用中絕對不可忽視的因素。得益于智能手機、汽車行駛記錄儀及網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控市場近幾年的高速增長，CMOS傳感器在資金、技術(shù)投入方面獲得了巨大支持。

據(jù)估測，受手機市場和汽車市場的推動，CMOS圖像傳感器市場從2014年開始，至2020年間的年均增長率將保持在10.6％左右，到2020年，市場規(guī)模預(yù)計將達到162億美元。

CMOS市場藍圖

為了實現(xiàn)低能耗和小型組件的高度集成，CMOS設(shè)計師開始關(guān)注開發(fā)手機成像器——世界上規(guī)模最大的成像器應(yīng)用。大量資金投入到開發(fā)和微調(diào)CMOS成像器及其生產(chǎn)工藝方面。正因為此，CMOS成像器的圖像質(zhì)量即使在像素尺寸收縮的情況下仍然大為改善。

需要說明的是感光元件只是手機類攝像頭組成中不可或缺的一部分，但不是成像質(zhì)量的決定性因素，這其中還包括廠商通過軟件對硬件的優(yōu)化調(diào)校，使其讓人感覺最好的效果，這也是目前各家廠商在手機攝像畫質(zhì)方面效果差異最大的決定性因素之一。

航天、醫(yī)學(xué)以及專業(yè)定制領(lǐng)域

1990年美國國家航空航天局采用CCD數(shù)字成像技術(shù)，將有史以來最大最精確的“哈勃”空間望遠鏡送上了太空軌道。從1.6萬公里以外的螢火蟲，到相距130億光年的古老星系，她成功的創(chuàng)造了一個個空間觀測奇跡，包括發(fā)現(xiàn)黑洞存在的證據(jù)，探測到恒星和星系的早期形成過程。

這就是我們都熟知的哈勃空間望遠鏡中的CCD應(yīng)用。用一幅圖，就足以證明CCD的偉大。

哈勃星云

2011年7月，歐空局為新衛(wèi)星配十億像素數(shù)碼相機。其使用106塊獨立的電子探測器件合成了世界上有史以來為太空計劃建造過的最大像素數(shù)碼相機。

這臺被稱作“十億像素陣列”的相機安裝在歐洲空間局發(fā)射的“蓋亞”探測器上，成為它超靈敏的眼睛。為了探測到比肉眼可見暗數(shù)百萬倍的恒星，蓋亞探測器需要配備超高靈敏度的相機。這臺相機就是由106個CCD（電子耦合器件）制作而成的。

歐空局衛(wèi)星

中國首顆繞月人造衛(wèi)星嫦娥一號，資源一號衛(wèi)星、嫦娥二號、海洋一號等眾多航天探測器也都是使用CCD作為超高靈敏度的相機核心部件。這足以說明CCD在太空影像的核心地位。

CCD不僅是超高清成像設(shè)備部件，同樣有著極強的耐用性。太空的環(huán)境與地球環(huán)境相比，不用多言，太空已成為高寒的環(huán)境，平均溫度為零下270.3℃。

在太空中，各種天體也向外輻射電磁波，許多天體還向外輻射高能粒子，形成宇宙射線。如太陽有太陽電磁輻射，太陽宇宙線輻射和太陽風(fēng)。相機作為獲取太空影像信息的核心部件，其在太空環(huán)境下的壽命至關(guān)重要的。而CCD探測器長達幾十年的設(shè)計壽命，完美的滿足了高清和耐用兩個剛性指標(biāo)。

CCD探測器在航天航空領(lǐng)域不斷的發(fā)展，同樣的，其在醫(yī)用領(lǐng)域，CCD也是最常用的圖像傳感器。近年來，CCD探測器更是突破材料極限，采用新的設(shè)計思路，使得CCD探測器能夠輸出大幅面動態(tài)影像，在醫(yī)學(xué)臨床診斷上有里程碑式的意義。醫(yī)用CCD技術(shù)，與航天航空CCD技術(shù)一脈相承，可以說，有著非常過硬的質(zhì)量和廣泛的應(yīng)用前景。

Medical醫(yī)用顯微內(nèi)窺鏡。利用超小型的CCD攝像機或光纖圖像傳輸內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，可以實現(xiàn)人體顯微手術(shù)，減小手術(shù)刀口的尺寸，減小傷口感染的可能性，減輕病人的痛苦。同時還可進行實時遠程會診和現(xiàn)場教學(xué)。

實際上，直到現(xiàn)在，CCD探測器在醫(yī)學(xué)、航天、航空、遙感模塊轉(zhuǎn)換圖像幀獲取、衛(wèi)星偵察、天文觀測、通訊、交通、機械、鋼鐵、電子、計算機、機器人視覺、新聞、廣播、電影、電視、金融、出版、印刷、紡織、食品、照相、文教、公安、保衛(wèi)、家電、旅游等各個領(lǐng)域一直都有非常強勁和深入的發(fā)展。