9.1图像传感器（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

课题一 图像传感器 课题二 光纤传感器 课题三 智能传感器 课题四 网络传送器 2024/1/4 1 模块九 现代检测技术 模块九 现代检测技术 科技发展的脚步越来越快，人类已经置身于信息时代，越来越多的传感器智能检测系统、物联网系统广泛应用于交通、电力、冶金、化工、建筑等各个领域的自动化设备及自动化生产过程中。而作为信息获取最重要和最基本的技术——传感器技术，也得到了极大的发展。传感器信息获取技术已经从过去的单一化渐渐向集成化、微型化和网络化方向发展，促进现代测量技术手段更快、更广泛发展，测量技术将在网络时代发生革命性变化。 2024/1/4 2 课题一 图像传感器 ◆ 知识点 ¤　学习图像检测的基本概念 ¤　学习各种固态图像传感器的基本原理、结构和使用场合 ◆ 技能点 ¤　图像传感器的选用方法 [任务提出] 视觉获取的信息占人类所能获得信息总量的80%以上，作为视觉的延伸，图像检测因而在工业、农业和日常生活中发挥出越来越重要的作用（如图9-1-1所示）。数码技术、半导体制造技术及网络技术的迅猛发展，使得以图像传感器为核心的图像检测技术日新月异，并通过与跨平台的视频、影音、通讯技术整合，为人类未来生活勾勒出美好的景象。 a）小包装外观质量在线检测 b） 数码相机 5 学生小赵时尚好学，面对市场上琳琅满目的数码产品，无论小巧迷你的手机摄像头，还是功能齐全的数码像机，小赵都非常喜欢研究。他花40元买了一个计算机用的摄像头，想研究一下这个既便宜，有又实用的摄像头工作原理和内部结构是什么样的。请通过对实物或资料的研究，分析图9-1-2所示摄像头工作原理和内部基本结构。 图9-1-2 数码摄像头 [任务分析] 数码相机、摄像机以其高质量的拍摄效果和方便的图像处理将人们带入了电子相册时代。每个数码相机、摄像机都是一套完整的图像检测系统，都能够感受外界图像传递过来的光线，利用转换电路转化成数字信号，经加工处理后得到清晰的图像。其中作为感官的图像传感器起到至关重要的作用。为什么相机、摄像机的价格千差万别，不同价位的相机、摄像机使用的何种功能、何种型号的传感器？下面将在介绍图像检测基本概念的基础上，对数码产品中使用的图像传感器作详细阐述。 6 [相关知识] 一、图像检测基础知识 1. 光电效应 光电传感器的理论基础是光电效应。用光照射某一物体，可以看作物体受到一连串具有能量的光子的轰击，组成这物体的材料吸收光子能量而发生相应的物理现象称为光电效应。一般说来，金属（铁、铝）、金属氧化物（氧化铁、三氧化二铝）、半导体（硅、锗）的光电效应较强。 7 光电效应又可以分成内光电效应、外光电效应和光生伏特效应。内光电效应是吸收外部光线中能量后的带电微粒仍在物体内部运动，使得物体的导电性发生较大变化的现象，基于内光电效应的光电元件有光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管及光敏晶闸管等，半导体图像传感器就是基于内光电效应；外光电效应则是受外来光线中能量激发的微粒逃逸出物体表面，形成空间中的众多自由粒子的现象，基于外光电效应的光电元件有真空摄像管、图像增强器等元器件。光生伏特效应是指受外来光线作用下，物体内部产生一定方向的电动势的现象，基于光生伏特效应的光电元件有光电池等。 8 2. 图像检测系统组成 图像检测系统是采用图像传感器摄取图像，利用转换电路将其转化为数字信号，再用计算机软硬件对信号进行处理得到需要的最终图像或通过识别、计算后获取进一步信息的检测系统，其组成如图9-1-3所示。作为“光→电”转换关键环节的图像传感器，无疑在其中扮演着重要角色。 9 图9-1-3 图像传感器在图像检测系统中的作用 3. 图像传感器 图像传感器是利用光敏元器件的光-电转换功能，将元器件感光面上感受到的光线图像转换为成一定比例关系的电信号并作相应处理后输出的功能器件，它能够实现图像信息的获取、转换和视觉功能的扩展。解决了如何在很短的时间内，将每一个点上因为光照而产生改变的大量电信号采集并且辨别出来的问题，采用一种高感光度的半导体材料，将光线照射导致的电信号变化转换成数字信号，使得其高效存储、编辑、传输都成为可能。 10 随着图像检测对图像传感器要求的增强和专门化，图像传感器的结构和功能呈现出较大差别。既有结构简单、芯片级的固态图像传感器，也有功能完善、应用级的光纤图像、红外线图像传感器以及机器视觉传感器等。简单地说，CCD图像传感器就像是胶片一样，有了它，人们就再不用耗时费力地去冲洗胶片了。 11 二、固态图像传感器 固态图像传感器是数码相机、数码摄像机的关键零件，因常用于摄像领域，又被称为摄像管。它在工业测控、字符阅读