Войти
A CCD датчик изображения на гибкой плате 
чип American Microsystems, Inc. (AMI) 1 килобит DRAM (центральный чип со стеклянным окном), используемый в качестве датчика изображения в Cromemco Cyclops и Датчик изображения или имидж-сканер - это датчик , который обнаруживает и передает информацию, используемую для создания изображения. Это достигается путем преобразования переменного затухания световых волн (когда они проходят через или отражаются от объектов) в сигналы., небольшие всплески тока, которые передают информацию. Волны могут быть светом или другим электромагнитным излучением. Датчики изображения используются в электронных устройствах формирования изображения как аналогового, так и цифрового типов, которые включают цифровые камеры, модули камеры, телефоны с камерой, устройства оптической мыши, оборудование для медицинской визуализации, оборудование ночного видения, такое как тепловизионное изображение устройства, радар, гидролокатор и другие. По мере того, как меняется технология, электронное и цифровое изображение, как правило, заменяет химическое и аналоговое изображение.
Двумя основными типами электронных датчиков изображения являются устройство с зарядовой связью (CCD) и датчик с активными пикселями (CMOS датчик). И ПЗС, и КМОП-сенсоры основаны на технологии металл-оксид-полупроводник (МОП), с ПЗС-датчиками на основе МОП-конденсаторов и КМОП-сенсорами на основе МОП-транзистора (МОП полевой транзистор) усилители. Аналоговые датчики невидимого излучения обычно включают вакуумные лампы различных типов, в то время как цифровые датчики включают плоские детекторы.
Микрофотография угла матрицы фотодатчиков веб-камеры цифровой камеры 
Датчик изображения (вверху слева) на материнской плате Nikon Coolpix L2 6 MP Двумя основными типами датчиков цифрового изображения являются устройство с зарядовой связью (CCD) и датчик с активными пикселями (датчик CMOS), изготовленный в дополнительной MOS (CMOS) или N-типе MOS (NMOS или Live MOS ) технологии. И ПЗС, и КМОП-датчики основаны на технологии МОП, где МОП-конденсаторы являются строительными блоками ПЗС, а усилители МОП-транзисторы являются строительными блоками КМОП.
Камеры, встроенные в небольшие потребительские товары, обычно используют КМОП-датчики, которые обычно дешевле и потребляют меньше энергии в устройствах с батарейным питанием, чем ПЗС-матрицы. ПЗС-датчики используются для высококачественных видеокамер вещательного качества, а (C) МОП-датчики преобладают в фотосъемке и потребительских товарах, где общая стоимость является серьезной проблемой. Оба типа датчиков выполняют одну и ту же задачу по улавливанию света и преобразованию его в электрические сигналы.
Каждая ячейка датчика изображения CCD представляет собой аналоговое устройство. Когда свет попадает на чип, он удерживается в виде небольшого электрического заряда в каждом фотодатчике. Заряды в строке пикселей, ближайшей к (одному или нескольким) выходным усилителям, усиливаются и выводятся, затем каждая строка пикселей сдвигает свои заряды на одну строку ближе к усилителю (ам), заполняя пустую строку, ближайшую к усилителям (s). Затем этот процесс повторяется до тех пор, пока все линии пикселей не будут усилены и выведены.
Датчик изображения CMOS имеет усилитель для каждого пикселя по сравнению с несколькими усилителями ПЗС. Это приводит к меньшей площади для захвата фотонов, чем у ПЗС, но эта проблема была преодолена за счет использования микролинз перед каждым фотодиодом, которые фокусируют свет на фотодиод, который в противном случае попал бы в усилитель и не был бы обнаружен. Некоторые КМОП-датчики изображения также используют заднюю подсветку для увеличения количества фотонов, попадающих на фотодиод. КМОП-датчики потенциально могут быть реализованы с меньшим количеством компонентов, потреблять меньше энергии и / или обеспечивать более быстрое считывание, чем ПЗС-датчики. Они также менее уязвимы к разрядам статического электричества.
Другая конструкция, гибридная архитектура CCD / CMOS (продаваемая под названием «sCMOS »), состоит из интегральных схем считывания CMOS (ROIC), которые прикреплены к подложке изображения CCD - a технология, которая была разработана для инфракрасных массивов наблюдения и адаптирована к технологии кремниевых детекторов. Другой подход заключается в использовании очень мелких размеров, доступных в современной КМОП-технологии, чтобы полностью реализовать ПЗС-подобную структуру в КМОП-технологии: такие структуры могут быть получены путем разделения отдельных поликремниевых затворов очень маленьким зазором; хотя гибридные датчики, все еще являющиеся продуктом исследований, потенциально могут использовать преимущества как ПЗС-, так и КМОП-формирователей изображения.
Существует множество параметров, которые можно использовать для оценки производительности датчика изображения, включая динамический диапазон, отношение сигнал / шум и чувствительность при слабом освещении. Для датчиков сопоставимых типов отношение сигнал / шум и динамический диапазон улучшаются по мере увеличения размера .
Время экспозиции датчиков изображения обычно регулируется либо обычным механическим затвором, как в пленочных камерах, либо электронным затвором. Электронная опалубка может быть «глобальной», и в этом случае накопление фотоэлектронов во всей области датчика изображения начинается и останавливается одновременно, или «вращением», когда интервал экспозиции каждой строки непосредственно предшествует считыванию этой строки в процессе, который «вращается». поперек кадра изображения (обычно сверху вниз в альбомном формате). Глобальная электронная заслонка встречается реже, так как она требует, чтобы схемы "хранения" удерживали заряд с конца интервала экспонирования до момента считывания, обычно через несколько миллисекунд.
шаблон Байера на датчике 
Схема вертикальной фильтрации Foveon для восприятия цвета Существует несколько основных типов датчиков цветного изображения, различающихся типом механизма разделения цветов:
Инфракрасный снимок туманности Ориона, сделанный ESO HAWK-I, криогенным формирователем изображения с широким полем Специальные датчики используются в различных приложениях, таких как термография, создание многоспектральных изображений, видеоларингоскопов, гамма-камер, матриц для рентгеновских лучей, и другие высокочувствительные матрицы для астрономии.
В то время как в цифровых камерах обычно используется плоский датчик, Sony в 2014 году создала прототип изогнутого датчика, чтобы уменьшить / устранить искривление поля Пецваля, которое возникает с плоским датчиком. Использование изогнутого датчика позволяет уменьшать диаметр линз с уменьшенными элементами и компонентами с большей диафрагмой и уменьшенным падением света по краям фотографии.
Ранний аналог Датчики видимого света были трубками видеокамеры. Они датируются 1930-ми годами, а несколько типов были разработаны до 1980-х годов. К началу 1990-х их заменили современные твердотельные ПЗС-датчики изображения.
Основой для современных твердотельных датчиков изображения является МОП-технология, которая берет свое начало с изобретения МОП-транзисторы Мохамед М. Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году. Более поздние исследования технологии МОП привели к разработке твердотельных полупроводников датчики изображения, включая устройство с зарядовой связью (CCD), а затем датчик с активными пикселями (CMOS датчик).
Датчик с пассивными пикселями (PPS) был предшественником датчика с активными пикселями (APS). PPS состоит из пассивных пикселей, которые считываются без усиления, причем каждый пиксель состоит из фотодиода и переключателя MOSFET. Это тип матрицы фотодиодов с пикселями, содержащими p-n переход, интегрированный конденсатор и полевые МОП-транзисторы в качестве выбранных транзисторов. Матрица фотодиодов была предложена Г. Веклером в 1968 году. Она легла в основу PPS. Эти первые матрицы фотодиодов были сложными и непрактичными, требуя изготовления селективных транзисторов в каждом пикселе вместе со схемами на кристалле мультиплексора. Шум матриц фотодиодов также был ограничением производительности, поскольку емкость шины считывания фотодиодов приводила к увеличению уровня шума. Коррелированная двойная выборка (CDS) также не может использоваться с матрицей фотодиодов без внешней памяти.
Устройство с зарядовой связью (ПЗС) был изобретен Уиллардом С. Бойлом и Джорджем Э. Смитом в Bell Labs в 1969 году. Изучая технологию МОП, они поняли, что электрический заряд был аналогом магнитный пузырь и что его можно хранить на крошечном МОП-конденсаторе. Поскольку было довольно просто изготовить серию МОП-конденсаторов в ряд, они подключали к ним подходящее напряжение, чтобы заряд мог переходить от одного к другому. ПЗС - это полупроводниковая схема, которая позже использовалась в первых цифровых видеокамерах для телевещания.
Ранние ПЗС-датчики страдали от задержки срабатывания затвора. Эта проблема была в значительной степени решена с изобретением фотодиода со штырьками (PPD). Он был изобретен Нобуказу Тераниси, Хиромицу Сираки и Ясуо Исихара в NEC в 1980 году. Это была структура фотодетектора с низким запаздыванием и низким шумом, высокая квантовая эффективность и низкий темновой ток. В 1987 году PPD начали встраивать в большинство устройств CCD, став неотъемлемой частью бытовой электроники видеокамер, а затем цифровых фотоаппаратов. С тех пор PPD использовался почти во всех датчиках CCD, а затем в датчиках CMOS.
NMOS датчик с активными пикселями (APS) был изобретен Olympus в Японии в середине 1980-х годов. Это стало возможным благодаря достижениям в производстве полупроводниковых устройств MOS , с масштабированием MOSFET, достигающим меньших микронных, а затем субмикронных уровней. Первый NMOS APS был изготовлен командой Цутому Накамуры в Olympus в 1985 году. Датчик с активными пикселями CMOS (датчик CMOS) был позже разработан командой Эрика Фоссума в НАСА Лаборатория реактивного движения в 1993 году. К 2007 году продажи КМОП-датчиков превысили ПЗС-датчики. К 2010-м годам КМОП-датчики в значительной степени вытеснили ПЗС-датчики во всех новых приложениях.
Новый iPad включает в себя лидарный датчик Первая коммерческая цифровая камера, Cromemco Cyclops в 1975 году, использовала 32 × 32 MOS датчик изображений. Это был модифицированный динамический МОП RAM (DRAM ) чип памяти.
MOS-датчики изображения широко используются в технологии оптических мышей. В первой оптической мыши, изобретенной Ричардом Ф. Лайоном в Xerox в 1980 году, использовалась интегральная схема 5 мкм NMOS . сенсорный чип. С момента появления первой коммерческой оптической мыши IntelliMouse, представленной в 1999 году, в большинстве оптических мышей используются датчики CMOS.
В феврале 2018 года исследователи из Дартмутского колледжа объявили о новой технология распознавания изображений, которую исследователи называют QIS, от Quanta Image Sensor. Вместо пикселей в чипах QIS есть то, что исследователи называют «jots». Каждая точка может обнаруживать единственную частицу света, называемую фотоном.
