线阵CCD与线阵CMOS特性的测量比较

昆明理工大学设计（论文）专用纸昆明理工大学毕业设计（论文）任务书理学院电子科学与技术专业2010年级学生姓名：毕业设计（论文）题目：线阵CCD与线阵CMOS特性的测量比较毕业设计（论文）内容：论文简要介绍了CCD与CMOS图像传感器基本结构、工作原理、基本特征以及CCD与CMOS的一些差异性对比，通过实验采集图像对CCD与CMOS的噪点比和动态范围进行了对比分析。论文研究基础基于光学雨量计中传感器的对比选择上进行，通过研究分析确定光学雨量计如何选择合适的图像传感器作为采集设备。由于光学雨量计需要对传感器的要求是有较大动态范围，因此实验中将对CCD和CMOS传感器的动态范围进行对比。毕业设计（论文）指导教师（签字）：主管教学院（部）长（签字）：年月日昆明理工大学设计（论文）专用纸线阵CCD与线阵CMOS特性的测量比较姓名：学号：专业：指导教师：昆明理工大学设计（论文）专用纸MeasurementandcomparisonoflinearCCDandlinearCMOScharacteristicsStudentName:StudentNumber:Major:Tutor:昆明理工大学设计（论文）专用纸I摘要不管是在静止图像还是在运动图像领域，所采用的图像传感器不外乎CCD和CMOS两种。CCD(ChargeCoupledDevices：电荷耦合元件)与CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体）图像传感器是目前最常见的数字图像传感器，广泛应用于数码相机、照像手机、摄像头以及一些专业采集设备等产品上。CCD与CMOS在结构、性能上均有差异。在光学雨量计所运用的图像传感器中，由于需要在较复杂的环境下工作，因此要求传感器具有适应各种恶劣环境的能力。线阵CCD与线阵CMOS两种传感器究竟谁能胜任这个角色，我将在本论文中进行对比测试研究，以得出更好的答案。关键词：CCD，CMOS，线阵传感器，光学雨量计昆明理工大学设计（论文）专用纸IIAbstractWhetherintheareaofstillimagesormovingimages,usedbybothCCDandCMOSimagesensors.CCDandCMOSimagesensorsarebyfarthemostcommontypeofdigitalimagesensors,widelyusedindigitalcamerasandphonecameras,cameras,professionalcapturedevicesandotherproducts.TheCCDandCMOShavedifferencesinstructure、performance.Intheopticalraingaugebytheuseofimagesensors,duetotheneedtoworkinamorecomplexenvironment,thusrequiringthesensorhastheabilitytoadapttoharshenvironments.LinearCCDandLinearCMOStwosensorsexactlywhoqualifiedforthisrole,Iwillcomparethetestinthisthesisresearchtoarriveatabetteranswer.Keywords：CCD,CMOS,Linearsensors,Opticalraingauge昆明理工大学设计（论文）专用纸III前言1996年，CCD（电荷耦合元件）由贝尔研究所的W.S.Boyle与G.E.Smith发明。由于CCD具有储存电荷后传输的功能，可广泛用于内存、显示器、延迟元件等。自从美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，他是PC机多媒体不可或缺的外设，也是监控的核心器件。CMOS（互不金属氧化物半导体）图像传感器与CCD（电荷耦合元件）图像传感器几乎同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD图像传感器因为有光照灵敏度高、噪声低、像素少等优点一直主宰这图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平不断的发展和提高，CMOS传感器过去存在的缺点现在都可以找到相应的办法克服，而且它固有的优点更是CCD传感器所无法比拟的，因而他再次成为研究的热点。降水粒子的自动化探测一般采用声波、电磁波（雷达）以及光学等多种技术，其中研究较为深入是以光学为基本原理的探测技术。降水的自动测量方法在国外早在于20世纪60年代开始起步，技术较为先进成熟，以此研发的产品被广泛应用于气象观测、机场、公路以及灾害预警等系统中，并且由于光学检测方法中均采用昆明理工大学设计（论文）专用纸IV光电信号采集转换，大大提升了雨量站的自动化程度，实现了降水现象的连续、非接触自动观测。实验初期最先想到用面阵CCD或CMOS作为探测器进行探测，在结合实际采集情况分析后放弃使用面阵传感器，有以下原因：CCD传感器输出需要一位一位输出，作为面阵CCD其速度较慢，而如果使用目前最快的面阵CCD传感，价格又过于昂贵；CMOS传感器比CCD传感器暗电流要大，面阵CMOS由于集成在一起放大了暗电流以及相互之间的光、电、磁的干扰，造成较大的噪声，对采集图像质量影响很大，同时作为面阵CMOS传感检测时速度虽比CCD传感器速度要快，但仍不能满足要求，因为无论是面阵CCD还是CMOS作为传感器检测，在两次采集的间隔时间内，如果有降水粒子落入则造成漏采，对检测精度影响较大。昆明理工大学设计（论文）专用纸目录摘要---------------------------------------------------------------------------------IAbstract----------------------------------------------------------------------------II前言-------------------------------------------------------------------------------III第一章绪论----------------------------------------------------------------------11．1课题研究背景--------------------------------------------------------11.3课题研究目的及意义--------------------------------------------------61.4课题研究的内容及论文结构-----------------------------------------6第二章CCD与CMOS图像传感器------------------------------------------82.1CCD图像传感器介绍-------------------------------------------------82.1.1CCD基本结构--------------------------------------------------82.1.2CCD基本工作原理-------------------------------------------102.2CMOS图像传感器的介绍-----------------------------------------152.2.1CMOS的基本结构-------------------------------------------152.2.2CMOS的基本工作原理-------------------------------------19第三章CCD与CMOS图像传感器的特性及差异----------------------233.1CCD与CMOS传感器基本特性-----------------------------------23昆明理工大学设计（论文）专用纸3.2CCD与CMOS差异对比-------------------------------------------333.3CCD与CMOS优缺点----------------------------------------------37第四章光学雨量计图像传感器选择-------------------------------------404.1光学雨量计------------------------------------------------------------404.2光学雨量计图像传感器选择--------------------------------------434.2.1光学雨量计传感器简介--------------------------------------434.2.2光学雨量计选择对比测试-----------------------------------454.2.3光学雨量计线阵传感器选择结果--------------------------50第五章结论------------------------------------------------------------------51总结与体会----------------------------------------------------------------------52谢辞-------------------------------------------------------------------------------53参考文献-------------------------------------------------------------------------54附录：外文科技文献翻译----------------------------------------------------56外文翻译：-----------------------------------------------------------------56英文原文：-----------------------------------------------------------------66昆明理工大学设计（论文）专用纸1第一章绪论1．1课题研究背景CCD(ChargeCoupledDevices：电荷耦合元件)与CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor：互补金属氧化物半导体）图像传感器是目前最常见的数字图像传感器，广泛应用于数码相机、照像手机、摄像头以及一些专业采集设备等产品上。CCD与CMOS在结构、性能和结构上均有差异。1996年，CCD（电荷耦合元件）由贝尔研究所的W.S.Boyle与G.E.Smith发明。由于CCD具有储存电荷后传输的功能，可广泛用于内存、显示器、延迟元件等。自从美国贝尔实验室提出固态成像器件概念后，固体图像传感器便得到了迅速发展，成为传感技术中的一个重要分支，他是PC机多媒体不可或缺的外设，也是监控的核心器件。CMOS（互不金属氧化物半导体）图像传感器与CCD（电荷耦合元件）图像传感器几乎同时起步，但由于受当时工艺水平的限制，CMOS图像传感器图像质量差、分辨率低、噪声降不下来和光照灵敏度不够，因而没有得到重视和发展。而CCD图像传感器因为有光照灵敏度高、噪声低、像素少等优点一直主宰这图像传感器市场。由于集成电路设计技术和工艺水平不断的发展和提高，CMOS传感器过去存在的缺点现在都可以找到相应的办法克服，而且它固有的优点更是CCD传感器所无