CCD与CMOS图像传感器在微型摄像机中的应用探讨

钟昊鸣

摘要：现如今，超微型CCD与CMOS图像传感器在微型摄像机中得到了十分广泛的应用，并逐渐实现了军事化和实用化目标，例如一分钱硬币大小的超微型黑白摄像机、超微型彩色摄像机、黑白中分辨率摄像机等，其可以在航空照相机、单兵侦察设备、单兵夜视系统当中得到广泛应用。本文针对CCD与CMOS图像传感器在微型摄像机中的实际应用进行分析，希望可以为相关研究人员起到一些参考和借鉴。

关键词：CCD;CMOS;图像传感器;微型摄像机;应用

随着我国科学技术的快速发展，CCD与CMOS图像传感器也得到了进一步完善和优化，现如今已经在多个领域当中得到了有效应用。通过将CCD与CMOS图像传感器在微型摄像机当中进行应用，可以有效发挥出图像传感器具有的重要作用，对图像进行精准获取，从而提高微型摄像质量。

一、CCD与CMOS图像传感器的实际应用

现如今，在军事监测系统当中，可以将CCD与CMOS图像传感器组成的摄像机，在航空照相机、单兵侦察设备、单兵夜视系统当中进行应用。随着我国科学技术水平的不断提升，CCD摄像机已变得十分成熟，并发展出彩色日夜型、超宽动态型以及超低照度型等摄像机。此传感器即使在半导体萧条时期，其市场增长趋势仍然十分明显，可以对CCD器件进行有效替代。与此同时，CMOS图像传感器也在逐渐由低档市场向中档市场进行进驻，并发展成为图像传感器当中的主流产品。CMOS图像传感器的优势在于其与相关器件之间具有亲和性，而CCD器件主要通过光电效应对电荷进行收集，每行像素的电荷会随着时钟信号向着模拟移位寄存器上进行转移，最后串行转换成相应的电压。所以，CCD技术虽然相对稳定，但成本较高，而且产品的成品率相對较低，无法有效集成驱动电路、CCD成像阵列单片以及信号处理电路。但CMOS图像传感器则可以做成相应的单芯片系统，这与CCD器件的多芯片组成不同，可以有效缩小产品尺寸，而且价格相对较低，可以使产品功耗得到降低。而且CMOS图像传感器还进行了高度集成，可以简化设计流程，使产品上市时间得到缩短，方便用户进行便携应用。

CMOS摄像机可以实现纽扣大小，所以在单兵侦察设备、单兵夜视系统的隐形摄像当中可以得到有效应用。将CMOS图像传感器在军事监测系统当中进行应用，具体包括以下两个方面。

首先，对黑白摄像机或者特殊彩色摄像机进行使用。CCD图像传感器的感光光谱范围十分宽泛，不仅包括可见光区域，同时还向红外区域进行延长。通过利用这种特性，可以运用红外光源照明在夜间无可见光的情况下实现照明，从而确保图像传感器实现清晰成像。普通CCD黑白摄像机可以感受光的光谱特性，不仅能够对可见光进行感受，而且还可以感受红外光，所以，通过配合使用黑白摄像机与红外灯，可以有效实现夜视目标，而且经济性较高。随着科学技术的持续发展，还诞生了白天彩色和晚上黑白摄像机，其利用两个CCD进行切换，或者可以对一个CCD数位电路来实现切换。

其次，对低照度摄像机进行使用。通过分析摄像机最低照度，可以在被摄景物的光亮低到一定程度时，降低摄像机输出视频信号的电平，也就是景物光亮度值。在对该参数进行测定时，需要对镜头光圈F大小进行特别注明。例如，在使用F1.2镜头时，当被摄景物照度值为0.02Lx时，摄像机输出视频信号幅值可以达到标准幅值的33%-50%，即摄像机最低照度。部分摄像机生产厂家可以提供不同光圈的最低照度，当对比红外灯的要求相对较高时，将会对红外灯有效距离产生影响。

二、CMOS图像传感和红外激光照明

CMOS图像传感芯片不仅对可见光具有反应，而且还可以感受红外非可见光波，当其处于890-980纳米时，灵敏度和CCD图像传感芯片灵敏度相比要相对较高，而且随着波长增加，其衰减梯度也相对较慢。观察和照明具有共生关系，因此需要对更宽波长的红外照明进行发展。目前，CMOS图像芯片逐渐得到了快速发展，并对1600万以上像素的图像芯片进行研发，可以使噪音讯号压低。当其波长敏感范围可以向2μm方向扩展后，CMOS图像技术将可以对CCD图像技术逐渐进行全面取代。

目前，所推出的CMOS微型摄像机，如衬衫纽扣和西装纽扣般大小的摄像机，具有低功耗、小体积以及高集成等优势，需要利用CMOS图像传感器方能实现。而通过对红外光源小型化和高效能电池进行推出与应用，可以使社会生活面貌得到有效改变。传统微米夜视仪从原本的0代、1代和2代逐渐发展到现在的3代、4代，可以在微弱光线下对远处图像进行看清，但其惧怕强光照射，容易导致光电增强管烧毁。对此，需要对防强光照射的关闭快门传感器进行附加，所以价格相对比较昂贵。微光夜视仪的波长在超过890nm光照时不会有反应发生，所以需要对增加微光夜视仪灵敏度的红外补光光源进行配置使用，然从远处会看到红光，因此容易被人发现。CMOS微型摄像机通常配有固定焦距的小镜头，而CMOS摄像机的图像质量与录像机图像水平相近。想要有效保证摄像机图像质量，需要选择适当的光照强度，特别是彩色机，如果环境光线充足，可以提高图像对比度，使色彩变得更为鲜艳，图像颗粒也会变得十分细腻。

结束语：

综上所述，随着我国科学技术的持续发展，CCD和CMOS图像传感器也在不断更新和完善当中，对此需要将其在微型摄像机中进行有效应用，同时相关研究人员也应加大研究力度，从而进一步提升图像传感器应用水平，促进相关行业的健康发展。

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