智能信息感知技術(shù) 課件 第六章 智能光學(xué)圖像傳感技術(shù)

2024-07-231智能傳感技術(shù)——第六章智能光學(xué)圖像傳感技術(shù)目

錄22024-07-236.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)光學(xué)圖像傳感器件原理與分類智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)智能光學(xué)圖像傳感典型應(yīng)用6.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)圖像傳感器2024-07-233各種數(shù)碼成像設(shè)備6.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)2024-07-234圖像傳感器是指利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能，將其感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例的電信號(hào)“圖像”的一種功能器件。固態(tài)圖像傳感器是一種高度集成的半導(dǎo)體光電器件，在一個(gè)器件上可以完成光電信號(hào)轉(zhuǎn)換、傳輸和處理。6.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)6.1.1圖像傳感器的發(fā)展1934年光電攝像管是最早的圖像傳感器，

它的靈敏度、信噪比較低，

圖像質(zhì)量較差，

沒有得到實(shí)際應(yīng)用。1954年高靈敏度攝像管在成本、體積上都有很大進(jìn)步，并在電視產(chǎn)業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。氧化鋁攝像管的出現(xiàn)，使彩色電視攝像事業(yè)得到了一次飛躍，但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)上的原因，這種晶體管在性能上還有很大的不足。011947年 02開發(fā)出了超正析相管，在靈敏度上得到很大提高。0304 1965年20世紀(jì)末2024-07-235CMOS

和CCD

傳感器相繼出現(xiàn)，使圖像傳感器的發(fā)展迎來了飛躍。6.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)2024-07-2366.1.2基礎(chǔ)概念1.受光攝影面接受的光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，稱為光電轉(zhuǎn)換。當(dāng)半導(dǎo)體等材料受光時(shí)，隨著光能的變化，材料表面電荷（電子或空穴〉的能量狀態(tài)發(fā)生變化的現(xiàn)象，也遵循著光電效應(yīng)的原理。2.信號(hào)的讀出圖像傳感器利用光電轉(zhuǎn)換的原理，根據(jù)拍攝對(duì)象在攝影面產(chǎn)生電荷，攝影面以像素為單位細(xì)分，只要各像素分別連接信號(hào)讀出線即可取出信號(hào)。3.圖像信號(hào)的傳輸電視機(jī)是通過掃描方式使畫面發(fā)光產(chǎn)生圖像。利用525條掃描線數(shù)與每秒六十場(chǎng)的隔行掃描形成圖像信號(hào)。為求適當(dāng)?shù)姆直媛剩捎?MHz的傳輸帶寬。反過來說，在有限的電波帶寬內(nèi)，為了傳送視覺上看起來美觀、動(dòng)作順暢的圖像，必須將畫面分解為線狀，成為一條條的圖像信號(hào)。6.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)6.1.2基礎(chǔ)概念4.光電轉(zhuǎn)換與掃描圖像傳感器讀出因光在攝影面上產(chǎn)生的電荷的機(jī)制，可由圖7.5的概念圖表現(xiàn)。至少在電視機(jī)方面，讀出再生圖像的圖像傳感器，只要滿足以下兩點(diǎn)即可：①受光的攝影面進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生電荷。②產(chǎn)生的電荷在攝影面經(jīng)掃描后讀出信號(hào)。2024-07-2376.1光學(xué)圖像傳感技術(shù)基礎(chǔ)2024-07-2386.1.3圖像傳感器的分類圖像傳感器分為：光導(dǎo)攝像管光導(dǎo)攝像管是電視攝像機(jī)中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的一種主要的真空光電器件，是將光的圖像轉(zhuǎn)換成電視信號(hào)的專用電子束管。這種攝像管又稱氧化鉛光導(dǎo)攝像管，它的工作原理與視像管大致相似，在光導(dǎo)攝像管(Pb)中，將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電脈沖。光導(dǎo)攝像管出現(xiàn)于20世紀(jì)60年代，以后性能得到很大改善，廣泛應(yīng)用于電視攝像等方面。固態(tài)圖像傳感器CCDCMOS6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器CCD

（Charge

Coupled

Device

)全稱電荷耦合器件，是1970年貝爾實(shí)驗(yàn)室的威拉德·博伊爾

(Willard

S.

Boyle

)和喬治·史密斯

(George

E.

Smith

)發(fā)明的。40年后，隨著影像傳感器逐漸發(fā)展成為一個(gè)年出貨量達(dá)13億顆的龐大市場(chǎng)，兩位技術(shù)先鋒也在2009年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)。2024-07-2396.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23106.2.1CCD圖像傳感器CCD

具備光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和傳輸?shù)裙δ?。具有集成度高、功耗小、分辨力高、?dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。CCD圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于生活、天文、醫(yī)療、電視、傳真、通信以及工業(yè)檢測(cè)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器嫦娥2號(hào)上的CCD攝像機(jī)能夠以10米的分辨力拍攝月球表面的3D圖像。2024-07-23116.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器汽車工業(yè)：非接觸測(cè)量機(jī)器人：計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)械視覺2024-07-23126.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23136.2.1CCD圖像傳感器CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理CCD的基本功能是電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和輸出。一個(gè)完整的CCD器件由光敏元、轉(zhuǎn)移柵、移位寄存器及一些輔助輸入、輸出電路組成。一個(gè)MOS電容器就是一個(gè)光敏元，可以感應(yīng)一個(gè)像素點(diǎn)，那么傳遞一幅圖像就需要多個(gè)MOS光敏元大規(guī)模集成的器件。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23146.2.1CCD圖像傳感器電荷耦合攝像器(CCD)的突出特點(diǎn)是以電荷為信號(hào)的教體，不同于大多數(shù)以電流或電壓為信號(hào)載體的器件。CCD的基本功能是電荷的存儲(chǔ)和電荷的轉(zhuǎn)移。因此，CCD的基本工作過程主要是信號(hào)電荷的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和檢測(cè)。CCD有兩種基本類型：一種是電荷包存儲(chǔ)在半導(dǎo)體與絕緣體之間的界面，并沿界面轉(zhuǎn)移，這類器件稱為表面溝道CCD(簡(jiǎn)稱為SCCD)；另種是電荷包存儲(chǔ)在離半導(dǎo)體表面一定深度的體內(nèi)，并在半導(dǎo)體體內(nèi)沿一定方向轉(zhuǎn)移，這類器件稱為體溝道或埋溝道器件(簡(jiǎn)稱為BCCD)。下面以SCCD為例，討論CCD的基本工作原理。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器CCD的結(jié)構(gòu)及工作原理CCD的光敏單元是在P型(或N型)硅襯底上生長(zhǎng)一層厚約120nm的氧化物SiO2層。電極SiO2多數(shù)載流子(空穴)少數(shù)載流子(電子)P-Si2024-07-2315單個(gè)MOS光敏元剖面圖再在SiO2層上依次沉積金屬或摻雜多晶硅電極而構(gòu)成金屬(M)-氧化物(O)-半導(dǎo)體(S)（MOS電容）。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器顯微鏡下的MOS電容2024-07-23166.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器+UG耗盡區(qū)(勢(shì)阱)表面勢(shì)2024-07-2317Vs向SiO2表面電極加正偏壓，P型硅中的多數(shù)載流子(空穴)受到排斥，半導(dǎo)體內(nèi)的少數(shù)載流子(電子)吸引到P-Si界面處來，形成一個(gè)帶負(fù)電荷的耗盡區(qū)(表面勢(shì)阱)。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器光電轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)+Vg表面勢(shì)Vs勢(shì)阱電子-空穴對(duì)光(光子)2024-07-23186.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器把MOS光敏元的電極每3個(gè)分成一組，依次在其上施加三個(gè)相位不同的時(shí)鐘脈沖（又稱控制脈沖或驅(qū)動(dòng)脈沖）

1、

2、

3。

1驅(qū)動(dòng)電極1、4，

2驅(qū)動(dòng)電極2、5，

3驅(qū)動(dòng)電極3、6。三相時(shí)鐘脈沖波形2024-07-2319

1高電平，

2、

3低電平在電極1、4下面出現(xiàn)勢(shì)阱，并

且1高存電儲(chǔ)平了，電

2荷由。低升至高電平，電極2、5下面出現(xiàn)勢(shì)阱，電極1、2及4、5下面的勢(shì)阱互相通連，

形下成降大，勢(shì)

阱仍。為高電平，1 2更多的電荷轉(zhuǎn)移到電極2、5只下有勢(shì)

阱2為內(nèi)高。電平，信號(hào)電荷全部轉(zhuǎn)移到電極2、5下的勢(shì)阱中。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23216.2.1CCD圖像傳感器1）光信號(hào)注入當(dāng)光信號(hào)照射到CCD襯底硅片上時(shí)，在柵極附近的耗盡區(qū)吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。這時(shí)在柵極電壓的作用下，多數(shù)載流子（空穴）將流入襯底，而少數(shù)載流子（電子）則被收集在勢(shì)阱中，形成與光強(qiáng)成正比的信號(hào)電荷存儲(chǔ)起來。背面照射式注入6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-2322電壓信號(hào)注入6.2.1CCD圖像傳感器2）電信號(hào)注入二極管位于輸入柵襯底下，當(dāng)輸入柵加上寬度為

t的正脈沖，輸入二極管PN結(jié)的少數(shù)載流子通過輸入柵下的溝道注入

1電極下的勢(shì)阱中。注入電荷量Q

I

D

t6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器電荷的輸出OG為輸出柵，當(dāng)加上反相偏壓時(shí)，轉(zhuǎn)移到終端的電荷在時(shí)鐘脈沖作用下移向輸出二極管，被二極管的PN結(jié)所收集，在負(fù)載RL上形成脈沖電流I0。輸出脈沖電流的大小與信號(hào)電荷的大小成正比，并通過負(fù)載電阻轉(zhuǎn)換為信號(hào)電壓U0輸出。2024-07-23236.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23246.2.1CCD圖像傳感器1.電荷耦合攝像器件的基本工作原理CCD的電極結(jié)構(gòu)CCD電極的基本結(jié)構(gòu)應(yīng)包括轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移溝道結(jié)構(gòu)、信號(hào)輸人單元結(jié)構(gòu)和信號(hào)檢測(cè)單元結(jié)構(gòu)。這里主要討論轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)。最早的CCD轉(zhuǎn)移電極是用金屬(一般用鋁)制成的。由于CCD技術(shù)發(fā)展很快，到目前為止，常見的CCD轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)不下20種，但是，它們都必須滿足使電荷定向轉(zhuǎn)移和相鄰勢(shì)阱耦合的基本要求。三相CCD：三相單層鋁電極結(jié)構(gòu)，三相電阻海結(jié)構(gòu)，三相交疊硅柵結(jié)構(gòu)。二相CCD：二相硅-鋁交疊柵結(jié)構(gòu)，階梯狀氧化物結(jié)構(gòu)，注入勢(shì)壘二相結(jié)構(gòu)。還有四相CCD，體溝道CCD等等。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23256.2.1CCD圖像傳感器3)電荷的檢測(cè)在CCD中，有效地收集和檢測(cè)電荷是一個(gè)重要問題。CCD的重要特性之一是信號(hào)電荷在轉(zhuǎn)移過程中與時(shí)鐘脈沖沒有任何電容耦合，而在輸出端則不可避免。因此，選擇適當(dāng)?shù)妮敵鲭娐?，盡可能地減小時(shí)鐘脈沖對(duì)輸出信號(hào)的容性干擾。目前的CCD輸出電荷信號(hào)的方式主要是稱為電流輸出方式的電路。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23266.2.1CCD圖像傳感器（4）電荷耦合攝像器件CCD攝像器件不但具有體積小、重量輕、功耗小、工作電壓低和抗燒毀等優(yōu)點(diǎn)，而且在分辨率、動(dòng)態(tài)范圍、靈敏度、實(shí)時(shí)傳輸和自掃描等方面的優(yōu)越性，也是其他攝像器件所無法比擬的。A．工作原理電荷耦合攝像器件就是用于攝像或像敏(或光敏)的CCD，又簡(jiǎn)稱為ICCD，它的功能是把二維光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變成一維以時(shí)間為自變量的視頻輸出信號(hào)。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類CCD圖像傳感器從結(jié)構(gòu)上可分為兩類：一類是用于獲取線圖像的線陣型CCD圖像傳感器，主要用于產(chǎn)品外部尺寸非接觸測(cè)量、產(chǎn)品表面質(zhì)量評(píng)定、傳真和光學(xué)文字識(shí)別等方面；另一類用于獲取面圖像的面陣型CCD圖像傳感器，主要用于攝像領(lǐng)域。2024-07-23276.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23286.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式單溝道線陣CCD單溝道線陣CCD由光敏陣列，轉(zhuǎn)移柵，CCD模擬移位寄存器和輸出放大器等單元構(gòu)成。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵上的電位為高電平時(shí)，光敏區(qū)和模擬移位寄存器溝通，而轉(zhuǎn)移柵上的電位為低電平時(shí)，二者隔離。二者隔離時(shí)光敏區(qū)進(jìn)行光電注入，像元在不斷地積累電荷，有時(shí)將像元積累電荷的這段時(shí)間稱為光積分時(shí)間。轉(zhuǎn)移柵電極電壓為高電平時(shí)，光敏區(qū)所積累的信號(hào)電荷將通過轉(zhuǎn)移柵轉(zhuǎn)移到CCD模擬移位寄存器中。通常轉(zhuǎn)移柵電棚高電平的時(shí)間很短，為低電平的時(shí)間很長(zhǎng)，因而光積分時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過轉(zhuǎn)移時(shí)間。在光積分時(shí)間里，CCD模擬移位寄存器在三脈沖驅(qū)動(dòng)輸出CCD移位寄存器2024-07-2329相交疊脈沖的作用下，將信號(hào)電荷一位位地移出

光柵器件在光積分時(shí)間形成時(shí)序信號(hào)(或稱視頻信號(hào))

。轉(zhuǎn)移柵6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式單溝道線陣CCD光敏單元轉(zhuǎn)移柵CCD

移位寄存器

輸出時(shí)鐘時(shí)鐘2024-07-23306.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式雙溝道線陣CCD它具有兩列CCD模擬移位寄存器A與B，分列在像敏陣列的兩邊。當(dāng)轉(zhuǎn)移柵A與B為高電位(對(duì)于N溝道器件)

時(shí)，光敏陣列勢(shì)阱里積存的信號(hào)電荷包將同時(shí)按箭頭指定的方向分別轉(zhuǎn)移到對(duì)應(yīng)的模擬移位寄存器內(nèi)；然后在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下分別向右轉(zhuǎn)移；最后經(jīng)輸出放大器以視頻信號(hào)的方式輸出。2024-07-23316.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類光敏單元轉(zhuǎn)移柵A轉(zhuǎn)移柵B2024-07-23326.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式雙溝道線陣CCDCCD

移位寄存器

A輸出

A輸出BCCD

移位寄存器B6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式(a)

MOS式2024-07-2333(b)

光積儲(chǔ)式(c)

分離式(c)

分離式6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器1）線型CCD攝像器件的兩種形式線陣CCD外形2024-07-23346.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23356.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD按照一定的方式將一維線型CCD的像元及移位寄存器排列成維陣列，即可以構(gòu)成二維面陣CCD。由于排列方式不同，線轉(zhuǎn)移式幀轉(zhuǎn)移式行間轉(zhuǎn)移式等。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD線轉(zhuǎn)移式由行掃描電路、垂直輸出寄存器、感光區(qū)和輸出二極管組成。行掃描電路將光敏元件內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移到水平(行)方向上，由垂直方向的寄存器將信息轉(zhuǎn)移到輸出二極管。輸出信號(hào)由信號(hào)處理電路轉(zhuǎn)換為視頻圖像信號(hào)。2024-07-23366.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD幀轉(zhuǎn)移式圖像成像到光敏元面陣，當(dāng)光敏元的某一相電極加有適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，光生電荷將被收集到這些光敏元的勢(shì)阱里，光學(xué)圖像變成電荷包圖像。當(dāng)光積分周期結(jié)束，信號(hào)電荷迅速轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器面陣，然后再?gòu)拇鎯?chǔ)區(qū)逐行地將信號(hào)電荷通過輸出寄存器轉(zhuǎn)移到輸出端輸出一幀信息。2024-07-23376.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD幀轉(zhuǎn)移式圖像成像到光敏元面陣，當(dāng)光敏元的某一相電極加有適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，光生電荷將被收集到這些光敏元的勢(shì)阱里，光學(xué)圖像變成電荷包圖像。當(dāng)光積分周期結(jié)束，信號(hào)電荷迅速轉(zhuǎn)移到存儲(chǔ)器面陣，然后再?gòu)拇鎯?chǔ)區(qū)逐行地將信號(hào)電荷通過輸出寄存器轉(zhuǎn)移到輸出端輸出一幀信息。2024-07-23386.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD行間轉(zhuǎn)移式光敏單元與垂直轉(zhuǎn)移寄存器交替排列。在光積分期間，光生電荷存儲(chǔ)在感光區(qū)光敏單元的勢(shì)阱里。當(dāng)光積分時(shí)間結(jié)束，轉(zhuǎn)移柵的電位由低變高，信號(hào)電荷進(jìn)入垂直轉(zhuǎn)移寄存器中。隨后，一次一行地移動(dòng)到輸出移位寄存器中，然后移位到輸出器件，在輸出端得到與光學(xué)圖像對(duì)應(yīng)的一行行視頻信號(hào)。2024-07-23396.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2）面陣CCD面陣CCD能在x、y兩個(gè)方向都能實(shí)現(xiàn)電子自掃描，可以獲得二維圖像。2024-07-23406.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器（1）光電轉(zhuǎn)換特性存儲(chǔ)于CCD像元中的信號(hào)電荷包是由人射光子被硅襯底材料吸收，并被轉(zhuǎn)換成少數(shù)載流子(反型層電荷)形成的，因此，它具有良好的光電轉(zhuǎn)換特性。它的光電轉(zhuǎn)換因子γ可達(dá)到99.7%以上。41（2）光譜效應(yīng)CCD接收光的方式有正面光照與背面光照兩種。由于CCD的正面布置著很多電極，電極的反射和散射作用使得正面照射的光譜靈敏度比背面照射時(shí)低。由圖可見，背面光照方式比正面光照的光譜響應(yīng)要好得多。采用硅襯底的ICCD，它的光譜響應(yīng)范圍為0.3~1.1μm，平均量子效率為25%，絕對(duì)響應(yīng)K為0.1~0.2（A/W）0.20.4

0.60.81.0

1.210%100%50%背面光照2024-07-2310

110K/(

A

/

W

)

/

mICCD

的光譜效應(yīng)6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-2342噪聲的種類噪聲電平（電子數(shù)）400輸出噪聲1000100轉(zhuǎn)移噪聲SCCD400總均方根載流子變化SCCD1150BCCD570200，

=0.25pF噪聲源大小代表值（均方根載流子數(shù)），光子噪聲100，

=1000，

=暗電流噪聲100，

=1%光學(xué)胖0噪聲100，

=10%電子胖0噪聲400100，=0.1pF（=

）俘獲噪聲400，SCCD輸出噪聲，BCCD均為2000次轉(zhuǎn)移6.2.1CCD圖像傳感器（3）動(dòng)態(tài)范圍CCD圖像傳感器的動(dòng)態(tài)范圍定義為像元的勢(shì)阱中可存儲(chǔ)的最大電荷量和噪聲決定的最小電荷量之比。下面分別介紹勢(shì)阱可存儲(chǔ)的最大電荷量與噪聲等效信號(hào)電荷量。當(dāng)將噪聲的度量采用等效電子數(shù)的方式時(shí)，CCD轉(zhuǎn)移單元的平均噪聲如圖6.12-(a)所示與圖像傳感器有關(guān)的噪聲如圖6.12-(b)。ab6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器暗電流在正常工作的情況下，MOS電容處于未飽和的非平衡態(tài)。隨著時(shí)間的推移，由于熱激發(fā)而產(chǎn)生的少數(shù)載流子使系統(tǒng)趨向平衡。因此，即使在沒有光照或其他方式對(duì)器件進(jìn)行電荷注人的情況下，也會(huì)存在不希望有的暗電流。眾所周知，暗電流是大多數(shù)攝像器件所共有的特性，是判斷一個(gè)攝像器件好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，尤其是暗電流在整個(gè)攝像區(qū)域不均勻時(shí)更是如此。分辨率分辨率是圖像傳感器的重要特性。常用調(diào)制模傳遞函數(shù)MTF來評(píng)價(jià)。像元位數(shù)越高的器件具有更高的器件具有更高的分辨率。2024-07-23436.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器2.典型線陣CCD圖像傳感器（1）TCD1209D的基本結(jié)構(gòu)TCD1209D為典型的二相單溝道型線陣CCD圖像傳感器，其基本結(jié)構(gòu)、工作原理及驅(qū)動(dòng)電路等都具有典型性。該器件為2048像元的器件，采用單溝道結(jié)構(gòu)形式，目的是為了提高器件的像元不均勻度和動(dòng)態(tài)范圍等特性。TCD1209D的原理結(jié)構(gòu)如圖6.13所示。從原理結(jié)構(gòu)圖可以看出，TCD1209D是只有一個(gè)轉(zhuǎn)移柵和一個(gè)模擬移位寄存器的單溝道型線陣器件。2024-07-23442D3D13D14···D30D31S1S2S3光電二極管S2047S2048D32D33D34····D38D39轉(zhuǎn)移柵CCD模擬移位寄存器信號(hào)輸出單元562OD

3OS

121CP18RS17CR2BCR1CR2GND22

SH6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23456.2.1CCD圖像傳感器2.典型線陣CCD圖像傳感器（1）TCD2019的基本工作原理脈沖SH驅(qū)動(dòng)脈沖CRI和CR2、復(fù)位脈RS和緩沖控制脈沖CP等5路脈沖構(gòu)成。轉(zhuǎn)移脈沖SH的高電平期間，驅(qū)動(dòng)脈沖CR1必須也為電平，而且必須保證SH的下降沿落在CR1的高電平上，這樣才能保證光敏區(qū)的信號(hào)電荷并行地向模擬移位寄存器的CRI電極轉(zhuǎn)移。完成信號(hào)電荷的并行轉(zhuǎn)移后，SH變?yōu)榈碗娖剑饷魠^(qū)與模擬移位寄存器被隔離。在光敏區(qū)進(jìn)行光積累的同時(shí)，模擬移位寄存器在驅(qū)動(dòng)脈沖CR1和CR2的作用下，將轉(zhuǎn)移到模擬移位者存器的CRI電極里的信號(hào)電荷向左轉(zhuǎn)移，在輸出端得到被光強(qiáng)調(diào)制的的光量的情況下列脈沖輸出。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23466.2.1CCD圖像傳感器2.典型線陣CCD圖像傳感器（3）TCD1209D的特性參數(shù)①光譜響應(yīng)特性。TCD1209的光譜響應(yīng)的峰值波長(zhǎng)為550nm，短波響應(yīng)在400pm處大于70%(實(shí)踐證明該器件在300nm處仍有較好的響應(yīng))，光譜響應(yīng)的長(zhǎng)波限在1100nm處。響應(yīng)范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出人眼的視覺范圍。②像元不均勻性。該器件像元不均勻性的典型值為3%，是雙溝道線陣CCD器件所無法達(dá)到的。③靈敏度。其飽和曝光量SE僅為0.06（lx*s）。④動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍DR定義為飽和曝光量與信噪比等于1時(shí)的曝光量之比。其DR=2000。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.1CCD圖像傳感器3.典型面陣CCD圖像傳感器（1）DL32型面陣CCD1）結(jié)構(gòu)DL32型面陣CCD為N型表面溝道、三相三層多晶硅電極、幀轉(zhuǎn)移型面陣器件。該器件像區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器和輸出電路等四部分構(gòu)成，如圖6.14所示。像敏區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)均由256x320個(gè)三相CCD單元構(gòu)成，水平位寄存器由325個(gè)三相交疊的CCD單元構(gòu)成。其輸出電路由輸出柵OG、補(bǔ)償放大器和信號(hào)通道放大器構(gòu)成。像敏區(qū)2024-07-2347存儲(chǔ)區(qū)水平移位寄存器輸出柵信號(hào)通道放大器補(bǔ)償放大器CRVA1CRVA2CRVA3VB1CRCRVB

2CRVB3CRH

1CRH

2CRH

3OG

ODOSOS

'RD

RSDL32型面陣CCD結(jié)構(gòu)圖6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23486.2.1CCD圖像傳感器3.典型面陣CCD圖像傳感器2）工作原理DL32型面陣CCD為N型表面溝道、三相三層多晶硅電極、幀轉(zhuǎn)移型面陣器件。該器件像區(qū)、存儲(chǔ)區(qū)、水平移位寄存器和輸出電路等四部分構(gòu)成，如圖6.14所示。像敏區(qū)和存儲(chǔ)區(qū)均由256x320個(gè)三相CCD單元構(gòu)成，水平位寄存器由325個(gè)三相交疊的CCD單元構(gòu)成。其輸出電路由輸出柵OG、補(bǔ)償放大器和信號(hào)通道放大器構(gòu)成。3）DL32型面陣CCD的光電特性光譜響應(yīng)范圍為0.40~1.1μm，其短波長(zhǎng)受窗口材料和P型硅片對(duì)光的吸收特性的限制，長(zhǎng)波長(zhǎng)受材料的禁帶寬度的限制。光譜響應(yīng)的峰值在近紅外0.86μm。其動(dòng)態(tài)范圍在100~500之間，飽和曝光量為0.025，像元的不均勻性小于16%，為一般水平的面陣CDD器件。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23496.2.1CCD圖像傳感器3.典型面陣CCD圖像傳感器（2）TCD5130AC面陣CCDTCD5130AC是一種幀轉(zhuǎn)移型面陣CCD。它常被用于三管彩色CCD電視攝像機(jī)中。它的有效像元數(shù)為754(H)*583(V)；像元尺寸(長(zhǎng)﹡高)為12.0μm*11.5μm；像敏面積為9.05mm*6.70mm，一般存器的將它封裝在24腳的扁平陶瓷管座中。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器CMOS（互補(bǔ)金屬-氧化物-半導(dǎo)體）圖像傳感器出現(xiàn)于1969年它是一種傳統(tǒng)的芯片工藝方法將光敏元件、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器、信號(hào)處理器和計(jì)算機(jī)接口電路等集成在一塊硅片上的圖像傳感件，這種器件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、處理功能多、成品率高和價(jià)格低廉，有著廣泛的應(yīng)用前景。早期CMOS采用“無源像敏元”，靈敏度低，占空比小，相應(yīng)速度慢。1989年后，“有源像敏元”出現(xiàn)，加入信號(hào)放大和處理電路，提高了光電靈敏度，降低了噪聲，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍，使其接近CCD的性能。而功能、功耗、尺寸和價(jià)格有明顯優(yōu)勢(shì)。CMOS圖像傳感器主要由光電二極管MOS場(chǎng)效應(yīng)管、MOS放大器與MOS開關(guān)等電路集成。本節(jié)講述CMOS成像器件的結(jié)構(gòu)和工作原理；討論CMOS圖像傳感器的主要性能參數(shù)及其提高的方法；最后介紹些典型CMOS圖像傳型CMOS數(shù)碼照相機(jī)等產(chǎn)品。感器2024與-07-典23506.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器1. CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)（1）CMOS成像器件的組成51像元列像元行Y地址列放大器多路模擬開關(guān)X地址同步控制電路時(shí)序脈沖電路接口電路預(yù)處理電路A/D轉(zhuǎn)換器CMOS成像器件的原理框圖2024-07-23在CMOS圖像傳感器的同一芯片中，還可以設(shè)置其他數(shù)字處理電路。例如，可以進(jìn)行自動(dòng)曝光處理、非均勻性補(bǔ)償、白平衡處理、γ校正、黑電平控制等處理。甚至于將具有運(yùn)算和可編程功能的DSP器件制作在一起，形成具有多種功能的器件。典型CMOS成像器件由光敏陣列和輔助電路構(gòu)成。光敏陣列：完成光電轉(zhuǎn)換的功能輔助電路：完成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生，光電信號(hào)的處理、輸出等任務(wù)。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-2352場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)列選擇線輸出6.2.2CMOS圖像傳感器1. CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)（2）CMOS成像器件的像元結(jié)構(gòu)像元結(jié)構(gòu)實(shí)際上是指每個(gè)成像單元的電路結(jié)構(gòu)，它是CMOS圖像傳感器的核心組件。這種器件的像元結(jié)構(gòu)有兩種類型，即被動(dòng)像元結(jié)構(gòu)和主動(dòng)像元結(jié)構(gòu)。前者只包含光電二極管和地址選通開關(guān)兩部分，如左圖。其中像元圖像信號(hào)的讀出時(shí)序如右圖。行選擇線復(fù)位脈沖采樣信號(hào)光電信號(hào)積分CMOS像元結(jié)構(gòu)圖像信號(hào)的讀出時(shí)序圖6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-236.2.2CMOS圖像傳感器1. CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)（2）CMOS成像器件的像元結(jié)構(gòu)主動(dòng)像元結(jié)構(gòu)是當(dāng)前得到實(shí)際應(yīng)用的結(jié)果。它與被動(dòng)像元結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是，在每個(gè)像元都經(jīng)過放大后，才通過場(chǎng)效應(yīng)管模擬開關(guān)傳輸，所以固定圖案噪聲大大降低，圖像信號(hào)的信噪比卻顯著提高。主動(dòng)式像元結(jié)構(gòu)的基本電路如圖所示6.9，圖6.10所示為上述過程的時(shí)序圖。U復(fù)位線行選通線光電二極管列選通線I復(fù)位 光電二極管輸出UUtt53主動(dòng)式像元結(jié)構(gòu)圖主動(dòng)式像元時(shí)序圖6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器1. CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)（3）CMOS圖像傳感器的工作流程CMOS圖像傳感器的典型工作流程共9個(gè)步驟，如右圖所示：2024-07-2354初始化設(shè)置YR啟動(dòng)行讀出Y=1026？用同步信號(hào)復(fù)位YL啟動(dòng)列輸出程序設(shè)置列寄存器從X=0到Xmax整個(gè)面(X,Y)下一行YNXCMOS圖像傳感器工作流程圖6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器2.

CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)表征CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)參數(shù)與表征CCD的性能指標(biāo)參數(shù)基本上是一致的；而且近年來，CMOS成像器件取得了重大進(jìn)展，其性能與CCD接近。2024-07-2355(1)光譜響應(yīng)和量子效率CMOS成像器件的光譜效應(yīng)和量子效率取決于它的像元（光電二極管）。圖6.12所示為CMOS圖像傳感器的光譜響應(yīng)特性曲線。由圖可見，其光譜范圍為350～1100nm，峰值響應(yīng)波長(zhǎng)為700nm附近，峰值波長(zhǎng)響應(yīng)度達(dá)到0.4A/W。10000.50.40.30.20.10.010%20%30%50%60%70%光電二極管40%像元列陣響應(yīng)/(A/W)400 500 600 700 800 900CMOS像元光譜響應(yīng)特性曲線6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23566.2.2CMOS圖像傳感器2.

CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（2）填充因子填充因子是光敏面積對(duì)全部像敏面積之比，它對(duì)器件的有效靈敏度、噪聲、時(shí)間響應(yīng)、模傳遞函數(shù)MTF等的影響很大。因?yàn)镃MOS圖像傳感器包含有驅(qū)動(dòng)、放大和處理電路，它會(huì)占據(jù)一定的表面面積，因而降低了器件的填充因子。被動(dòng)像元結(jié)構(gòu)的器件具有的附加電路少，它的填充因子會(huì)大些；大面積的圖像傳感器結(jié)構(gòu)，光敏面積所占比例會(huì)大一些。提高填充因子，使光敏面積占據(jù)更大的表面面積，是充分利用半導(dǎo)體制造大光敏面圖像傳感器的關(guān)鍵。一般而言，提高填充因子的方法有以下兩種。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器2.CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（2）填充因子1）采用微透鏡法如圖6.13所示，在CMOS成像器件的上方安裝有一層矩形的面陣微透鏡，它將入射到像元的全部光線都匯聚到各個(gè)面積很小的光敏元件上，所以填充因子可以提高到90%。此外，由于光敏元件面積減小，提高了靈敏度，降低了噪聲，減小了結(jié)電容，提高了器件的響應(yīng)速度，所以這是一種很好的提高填充因子的方法，它在CCD上已得到成功應(yīng)用。圖6.13微透鏡的作用2024-07-23576.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器2.

CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（2）填充因子2）采用特殊的像元結(jié)構(gòu)圖6.14所示為一種填充率較高的CMOS圖像傳感器的像元結(jié)構(gòu)，它的表面有光電二極管和其他電路，二者是隔離的。在光電二極管的N+區(qū)下面增加了N區(qū)，用于接收擴(kuò)散的光電子；而在電路N+的下面設(shè)置一個(gè)P+靜電阻擋層，用于阻擋光電子進(jìn)入其他電路中。N+NN-無關(guān)電路 無關(guān)結(jié)2024-07-2358光電二極管P+e-e-e-P+襯底A截面 B截面圖6.14高填充率的CMOS像元結(jié)構(gòu)6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23596.2.2CMOS圖像傳感器2.CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（2）填充因子2）采用特殊的像元結(jié)構(gòu)在像元結(jié)構(gòu)中，表層的光電二極管、電路及阻擋層均很薄，且是透明的，入射光透過后到達(dá)外延的光敏層，所產(chǎn)生的光電子幾乎可以全部擴(kuò)散到光電二極管中。盡管光電二極管的表面積不大，但光敏表面積卻是整個(gè)像元的表面積，所以等效填充因子接近于100%。填充因子不可能達(dá)到100%的原因：①在電路層中有光陷阱，限制了光的透過率，對(duì)于短波長(zhǎng)光線，影響更大些；②表層有反射作用；③存在光電子復(fù)合現(xiàn)象。這種結(jié)構(gòu)也有缺點(diǎn)。即存在竄音現(xiàn)象。因?yàn)橛凶钃鯇?，光電子也?huì)較容易地?cái)U(kuò)散到相鄰的像元中，從而使圖像變得模糊。在高填充率的像元結(jié)構(gòu)中，光電二極管的尺寸很小，結(jié)果提高了靈敏度，降低了噪聲并提高了器件的工作速度。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器2.

CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（3）輸出特性與動(dòng)態(tài)范圍CMOS成像器件可以有4種輸出模式：線性模式、雙斜率模式、對(duì)數(shù)特性模式和γ校正模式。它們的動(dòng)態(tài)范圍相差很大，特性也有很大的區(qū)別。圖6.15所示為4種輸出模式的曲線。2024-07-236010.90.80.70.60.50.40.30.20.1014321.線性輸出模式2.雙斜率輸出模式3.對(duì)數(shù)輸出模式4.γ校正輸出模式發(fā)光強(qiáng)度或曝光量信號(hào)反射傳輸率6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器2.

CMOS圖像傳感器的性能指標(biāo)（3）輸出特性與動(dòng)態(tài)范圍線性輸出模式線性輸出模式的輸出與光強(qiáng)成正比，適用于要求進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的場(chǎng)合。它的動(dòng)態(tài)范圍最小，而且在線性范圍的最高端信噪比最大。在小信號(hào)時(shí)，因噪聲的影響增大，信噪比很低。對(duì)數(shù)輸出模式對(duì)數(shù)輸出模式的動(dòng)態(tài)范圍非常大，可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)，使得無需對(duì)照相機(jī)的曝光時(shí)間進(jìn)行控制，也無需對(duì)其鏡頭的光圈進(jìn)行調(diào)節(jié)。雙斜率輸出模式雙斜率輸出模式是一種擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍的方法。它采用兩種曝光時(shí)間，當(dāng)信號(hào)很弱時(shí)采用長(zhǎng)時(shí)間曝光，輸出信號(hào)曲線的斜率很大；而當(dāng)信號(hào)很強(qiáng)后，改用短時(shí)間曝光，曲線斜率便會(huì)降低，從而可以擴(kuò)大動(dòng)態(tài)范圍。

校正模式這種模式也使輸出信號(hào)的增長(zhǎng)速度逐漸減緩。2024-07-23616.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23626.2.2CMOS圖像傳感器3.與CCD圖像傳感器特征的比較從感光產(chǎn)生信號(hào)的基本動(dòng)作來看，CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器相同，但是從攝影面配置的像素取出信號(hào)的方式與構(gòu)造來看，兩者卻有很大的差異。加上CCD使用其他與LSI相差甚遠(yuǎn)的制造工藝，CMOS圖像傳感器的制造則是基于CMOSLSI造工藝。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23636.2.2CMOS圖像傳感器3.與CCD圖像傳感器特征的比較（1）信號(hào)讀取過程的比較CCD首先通過積分在光柵的勢(shì)阱下積累電荷包，而后通過光柵、轉(zhuǎn)移柵在不同時(shí)刻取高低電平，以溝通和阻斷光柵勢(shì)阱和模擬移位寄存器電極下的勢(shì)阱，最終使電荷包轉(zhuǎn)移至模擬移位寄存器內(nèi)。在驅(qū)動(dòng)時(shí)序的作用下，信號(hào)電荷在模擬移位寄存器中以同樣的方式串行輸出。為了避免轉(zhuǎn)移中可能引起的信號(hào)損失，整個(gè)過程中光柵、轉(zhuǎn)移柵和模擬移位寄存器的驅(qū)動(dòng)脈沖遵循嚴(yán)格的時(shí)序。在CMOS圖像傳感器中，各MOS晶體管在水平和垂直控制脈沖下起著開關(guān)作用。光敏元的垂直開關(guān)依次接通，給光敏二極管加上偏壓；光入射到光敏二級(jí)管上，產(chǎn)生電子—空穴對(duì)，將已被偏壓充電的結(jié)電容放電，形成與入射光信號(hào)成比例的電信號(hào)；垂直和水平移位寄存器依次選通感光陣列中的每一行和列，從而讀取各光敏元的電信號(hào)。上述接通偏壓的過程也是電信號(hào)的讀取的過程，因而信號(hào)的讀取速度較高。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23646.2.2CMOS圖像傳感器3.與CCD圖像傳感器特征的比較（2）集成性比較CCD的結(jié)構(gòu)決定其與CMOS電路難以兼容。目前，絕大部分CCD的驅(qū)動(dòng)電路尚未集成在同一芯片內(nèi)。CMOS圖像傳感器同VLSI之間具有良好的親和性，使它可以把驅(qū)動(dòng)、信號(hào)處理等電路集成在一塊芯片內(nèi)，從而大大縮小了成像系統(tǒng)的體積和重量。這一點(diǎn)對(duì)于日益得到廣泛應(yīng)用的微型成像系統(tǒng)尤其重要。隨著微加工技術(shù)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)的集成度將不斷提高。例如：在美國(guó)斯坦福大學(xué)(StanfordUniversity)利用0.18μm技術(shù)開發(fā)出的CMOS圖像傳感器中，每個(gè)光敏元都集成有A/D和8bitDRAM內(nèi)存，顯示了可以將更多新功能集成到CMOS圖像傳感器中的美好前景。(3)綜合比較與CCD比較，CMOS圖像傳感器還有功耗、價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。需要強(qiáng)調(diào)的是：CCD在靈敏度、信噪比和成像質(zhì)量等方面均優(yōu)于CMOS圖像傳感器，這也是目前大部分高端固體攝像器件仍采用CCD的原因。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23656.2.2CMOS圖像傳感器4.典型CMOS圖像傳感器本節(jié)以FillFactory公司的IBIS4

SXGA型CMOS成像器產(chǎn)品為例，介紹典型的CMOS圖像傳感器。這是彩色面陣CMOS成像器件，但也可以用作黑白成像器件。它的特點(diǎn)是：像元尺寸小、填充因子大、光譜響應(yīng)范圍寬、量子效率高、噪聲等效光電流小、無模糊現(xiàn)象、有抗暈?zāi)芰涂勺鋈【翱刂频?。?）成像器件的原理結(jié)構(gòu)SXGA型CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)如圖6.16所示，它是CMOS圖像傳感器的主要組成部分。從結(jié)構(gòu)形式上看，它與圖6.6所示的CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)基本相同，只是在移位寄存器與像元陣列之間，添加了Y向復(fù)位移位寄存器、復(fù)位和讀出的行地址指示器（地址指針）。Y向復(fù)位移位寄存器用于對(duì)各像元進(jìn)行復(fù)位，以清除幀與幀之間信號(hào)影響。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器4.典型CMOS圖像傳感器（1）成像器件的原理結(jié)構(gòu)SXGA型CMOS成像器件像敏區(qū)的結(jié)構(gòu)如圖6.17所示，它與圖6.6的結(jié)構(gòu)、工作原理都是相同的。該器件的像元總數(shù)是1286×1030個(gè)，其中在每行和每列的起始及末尾各有3個(gè)虛設(shè)單元。該器件的像元結(jié)構(gòu)屬于主動(dòng)像元結(jié)構(gòu)，每個(gè)像元都帶有3個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大器。2024-07-2366

像元陣列1286×1030行讀出地址指針列放大器X向移位寄存器行復(fù)位地址指針Y向復(fù)位移位寄存器X向讀出移位寄存器驅(qū)動(dòng)脈沖YR同步脈沖YR驅(qū)動(dòng)脈沖X

同步脈沖X驅(qū)動(dòng)脈沖與同步脈沖YLY讀出移位寄存器X向移位寄存器圖6.16

SSXGA型CMOS成像器件的原理結(jié)構(gòu)圖6.17

SXGA像敏區(qū)結(jié)構(gòu)6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器4.典型CMOS圖像傳感器（2）輸出放大器圖6.20所示為SXGA型CMOS成像器件輸出放大器電路原理圖，它主要由三部分組成：增益可調(diào)的放大器、鉗位器和偏壓調(diào)節(jié)電路。2024-07-2367圖6.20輸出放大器電路原理圖6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.2CMOS圖像傳感器4.典型CMOS圖像傳感器（2）輸出放大器輸出放大器的輸出/輸入特性曲線如圖6.21所示。它的工作條件是：偏壓2V，這是A/D轉(zhuǎn)換器的最低限；鉗位電路未起到作用；輸出信號(hào)在0~5V；按輸入1.2V，它對(duì)應(yīng)的輸出為2V。圖中3條曲線對(duì)應(yīng)放大器不同增益，其中增益3的曲線是典型的輸出/輸入曲線。2024-07-2368654321045輸出電壓(V)1231 2 3輸入電壓(V)圖6.21輸出/輸入特性曲線6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類6.2.3紅外CCD圖像傳感器在面陣CCD圖像傳感器和紅外探測(cè)器陣列技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新一代固體紅外攝像陣列（IRCCD）的目標(biāo)主要是軍事應(yīng)用，如夜視、跟蹤、制導(dǎo)、紅外偵查和預(yù)警等。它是現(xiàn)代防御技術(shù)的關(guān)鍵性高科技之一。目前，IRCCD主要集中于InSb、Hg_(1-x)Cd_xTe為代表的本征窄帶半導(dǎo)體材料，以PtSi為代表的硅化物和以Si：Ga，Si：Bi，Si：As為代表的非本征硅材料。紅外電視攝像系統(tǒng)常分為主動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)與被動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)兩種。攝像機(jī)控制器監(jiān)視器紅外光源2024-07-23691.主動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)主動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)由紅外照明光源、紅外攝像器件、攝像機(jī)及光源控制器、監(jiān)視器等幾部分組成，工作原理如圖6.22所示。6.2光學(xué)圖像傳感器件原理與分類2024-07-23706.2.3紅外CCD圖像傳感器2.被動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)被動(dòng)紅外電視攝像系統(tǒng)不需要紅外照明，是依靠目標(biāo)本身發(fā)出的紅外輻射實(shí)現(xiàn)攝像的系統(tǒng)。紅外攝像系統(tǒng)使用CCD圖像傳感器以后，有以下幾個(gè)方面的好處：①紅外攝像系統(tǒng)采用CCD后，可以利用集成電路工藝將其成本降低：②可以不用或少用機(jī)械掃描機(jī)構(gòu)，并簡(jiǎn)化探測(cè)器的封裝，因而使系統(tǒng)的體積減小，重量減輕：③可以使用較多的探測(cè)器，改進(jìn)探測(cè)器的性能，減小光學(xué)系統(tǒng)的尺寸。目前波長(zhǎng)在1μm以內(nèi)的近紅外CCD攝像機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于夜間監(jiān)控系統(tǒng)、紅外望遠(yuǎn)系統(tǒng)和森林火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法1.圖像去噪現(xiàn)有的圖像去噪方法基本可以分為空間域去噪方法、頻域去噪方法、基于偏微分方程的去噪方法，本節(jié)介紹了一些常用的圖像去噪方法。（1）空間域去噪方法1）算數(shù)均值濾波算術(shù)均值濾波是將圖像中的一個(gè)像素及其領(lǐng)域中所有像素的灰度平均值賦予領(lǐng)域中心像素，從而達(dá)到平滑的目的。濾波器由如下表達(dá)式：12024-07-2371f

'(x

,y

)g(x

,y

)

m

n

(i

,j

)

S6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23726.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法1.圖像去噪（1）空間域去噪方法2）中值濾波中值濾波是一種空域非線性濾波，處理方法是將以待處理元素為中心的領(lǐng)域中的所有像素的灰度值排序并將中值賦給待處理像素。通常被選擇的領(lǐng)域被稱為模板或窗口，模板的大小和形狀對(duì)濾波效果具有很大的影響，常見的模板形狀有正方形、十字形、圓形等，模板的大小有3或5。濾波時(shí)逐漸調(diào)整模板的形狀和大小，直到具有滿意的效果為止。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23736.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法1.圖像去噪（2）小波去噪波小波去噪的基本原理是將原圖像通過小波變換在小波域中對(duì)含噪的小波系數(shù)進(jìn)行去噪，然后經(jīng)過逆變換得到濾除噪聲后的原始信息。小波去噪方法主要有小波模極大值方法、小波閾值算法。下面詳細(xì)介紹下小波模極大值方法：1）對(duì)含有噪聲的信號(hào)進(jìn)行離散二進(jìn)小波變換，分解尺度應(yīng)滿足在最大尺度時(shí)噪聲的模極大值個(gè)數(shù)小于信號(hào)的模極大值個(gè)數(shù)且不損失信號(hào)重要的奇異點(diǎn)。一般情況下選擇4或5。2）在最大分解尺度（設(shè)為4）上選取一閾值，若模極大值的幅度大于該閾值則保留，若小于則刪除該模極大值點(diǎn)，最后得到新的模極大值點(diǎn)。3）在尺度為k-1(k=4,3)上需找尺度為k上小波變換模極大值點(diǎn)的傳播點(diǎn)，即保留由信號(hào)產(chǎn)生的即致電，去除由噪聲引起的極值點(diǎn)。4）把k=1時(shí)的極值點(diǎn)都置為0，然后把k=2時(shí)的極值點(diǎn)復(fù)制上去。5）將每一尺度上保留下來的極值點(diǎn)利用適當(dāng)?shù)闹貥?gòu)方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法1.圖像去噪（3）基于偏微分方程的圖像去噪方法常見的有P-M模型、TV模型，本文主要詳細(xì)論述TV模型。TV模型是1992年由Rudin等人突出來的，目前被成功的應(yīng)用。TV模型去噪原理：最小化全變差。圖像u的全變差定義：TV(u

)

u

d

上述公式經(jīng)過一系列變換，從而可以得出結(jié)論：全變差最小的可以抑制噪聲。2024-07-23746.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)算法簡(jiǎn)單，計(jì)算快。圖像模糊。2024-07-23756.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法1.圖像去噪（4）去噪方法比較算術(shù)均值濾波 中值濾波運(yùn)算簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、效率高、去噪效果好。破壞幾何結(jié)構(gòu)小波模極大值依賴小。速度慢，分解尺度難選擇。TV去噪方法保持圖像邊緣。假邊緣。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法2.圖像去模糊圖像的模糊過程可以用清晰圖像與點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)的卷積的形式來表示，針對(duì)不同因素造成的圖像模糊，點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)k的結(jié)構(gòu)也不同。造成圖像模糊的因素主要有散焦模糊、線性運(yùn)動(dòng)模糊、復(fù)雜模糊幾種。（1）維納濾波算法維納濾波也被稱為最小均方誤差濾波，其基本思路是使得估計(jì)出的清晰圖像與原始模糊圖像的均方誤差最小。該算法是一種基于圖像頻域的方法，可以用下式所示的數(shù)學(xué)模型來表示。2024-07-23766.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法2.圖像去模糊(2)

RL(Richardson-Lucy)濾波算法基于RL濾波[19]的圖像復(fù)原算法假設(shè)模糊圖像的噪聲分布服從一個(gè)泊松分布，在卷積核和模糊圖像已知的情況下，待恢復(fù)清晰圖像的概率分布也符合一個(gè)泊松分布，該分布可以用下式來表示。通過求解使得該分布取得最大值的圖像得到復(fù)原圖像。2024-07-23776.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法2.圖像去模糊(3）總變分算法總變分是基于正則化的圖像去模糊算法中最經(jīng)典的一種，該類算法通過抑制圖像的梯度變化的總和來達(dá)到恢復(fù)圖像的目的。其具體的數(shù)學(xué)模型如下:該算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、求解快速、效果良好，自從提出后獲得了很好的應(yīng)用，是基于正則化的圖像復(fù)原算法中最具有代表性的一種。2024-07-23786.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23796.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法3.圖像HDR高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)由于能夠提供更多亮度和細(xì)節(jié)信息，近年來已逐漸成為國(guó)內(nèi)外熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。主要從高動(dòng)態(tài)范圍成像、合成以及顯示等方面論述，對(duì)主要研究算法總結(jié)并分析其優(yōu)缺點(diǎn)。（1）HDR成像技術(shù)前獲取HDR圖像的方法主要為先通過調(diào)節(jié)曝光參數(shù)得到一系列曝光度不同的LDR圖像，然后采用圖像融合技術(shù)將LDR圖像序列合成一幅HDR圖像。現(xiàn)有的LDR圖像獲取方式主要分為同時(shí)曝光與分時(shí)曝光兩種。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)806.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法3.圖像HDR（2）HDR內(nèi)容合成技術(shù)在拍攝圖像、尤其是視頻時(shí)，很可能會(huì)發(fā)生相機(jī)運(yùn)動(dòng)或場(chǎng)景中物體運(yùn)動(dòng)的情況，因此在得到LDR圖像序列之后，需要使用圖像配準(zhǔn)技術(shù)進(jìn)行補(bǔ)償。Ward等提出了一種基于像素值的中值門限位圖匹配法，采用均值二值化圖像進(jìn)行配準(zhǔn)。這種方法計(jì)算快速，適合實(shí)時(shí)對(duì)相機(jī)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。Lowe于1999年提出了著名的尺度不變特征變換（Scale-invariant

feature

transform，SIFT）算法，并在2004年對(duì)這一算法進(jìn)行完善。Tomaszewska和Mantiuk等基于SIFT算法提出了針對(duì)多曝光圖像序列的配準(zhǔn)算法。該算法可有效避免在HDＲ?guī)铣蛇^程中由于運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的模糊現(xiàn)象。Guthier等提出了一種利用直方圖進(jìn)行配準(zhǔn)的算法，這種算法拓展了Ward的方法，并使用圖形處理單元(GPU)進(jìn)行并行計(jì)算，加快了運(yùn)算速度，但對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)202動(dòng)4-07處-23理效果不理想。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23816.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法3.圖像HDR（2）HDR內(nèi)容合成技術(shù)高動(dòng)態(tài)范圍成像（HighDynamic

Range

Imaging，簡(jiǎn)稱HDRI或HDR）。若在圖像融合之前沒有完全消除物體運(yùn)動(dòng)帶來的影響，在最終合成的HDR圖像上會(huì)產(chǎn)生一種被稱為“鬼影”的偽像，如圖所示。為去除“鬼影”，Reinhard

等提出依據(jù)像素局部方差找到鬼影區(qū)域，之后結(jié)合直方圖在LDR圖像序列中找到對(duì)該區(qū)域曝光理想的參考圖像對(duì)該區(qū)域進(jìn)行填補(bǔ)。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23826.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法3.圖像HDR（2）HDR內(nèi)容合成技術(shù)得到不同曝光度的LDR圖像序列并進(jìn)行配準(zhǔn)后，通過圖像融合可得到HDR圖像。Debevec提出通過恢復(fù)相機(jī)響應(yīng)函數(shù)得到場(chǎng)景亮度分布的方法，然后通過簡(jiǎn)單的權(quán)重函數(shù)得到場(chǎng)景中完整的輻射照度。Goshtasby首先提出了對(duì)多曝光圖像進(jìn)行分塊的圖像融合算法。首先將圖像分割成一定數(shù)量的塊，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的曝光質(zhì)量?jī)r(jià)指標(biāo)對(duì)每塊圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，再將曝光最佳的塊拼接起來。Mertens等提出了一種基于塔形變換的融合算法。該算法將圖像分解為多層空間分辨率不同的子圖像，并對(duì)每層分配不同的權(quán)重進(jìn)行融合。這種算法可以同時(shí)兼顧圖像的整體以及細(xì)節(jié)信息，得到多尺度、多分辨率的融合結(jié)果。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23836.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法3.圖像HDR（3）HDR顯示技術(shù)經(jīng)過圖像配準(zhǔn)、圖像融合以及鬼影去除之后，曝光度不同的LDR圖像序列被合成為一幀HDR。顯示HDR圖像或視頻有兩種方式。一種是將獲取的HDR視頻經(jīng)過一定的壓縮再顯示到普通顯示器上。色調(diào)映射(Tone

Mapping)技術(shù)可以將自然場(chǎng)景的高動(dòng)態(tài)范圍映射變換到普通顯示器的動(dòng)態(tài)范圍之內(nèi)，使之能夠在普通顯示器上顯示。另一種方式是在真正的高動(dòng)態(tài)范圍顯示器上顯示。要求顯示器的動(dòng)態(tài)范圍不小于HDR視頻的動(dòng)態(tài)范圍，這樣不必經(jīng)過壓縮可直接將HDR視頻在顯示器上播放。近年來已有許多學(xué)者提出了針對(duì)以上兩種方式的軟、硬件方案。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23846.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法4.圖像自動(dòng)對(duì)焦自動(dòng)對(duì)焦是指通過調(diào)節(jié)鏡頭組和探測(cè)器之間的位置從而在圖像探測(cè)器（如可見光CCD

或紅外探測(cè)器）上獲得清晰圖像的過程。自動(dòng)對(duì)焦可以從不同的角度做出不同的分類。從應(yīng)用范圍、應(yīng)用時(shí)間來分，可分為傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦、焦點(diǎn)檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦和數(shù)字自動(dòng)對(duì)焦。傳統(tǒng)自動(dòng)對(duì)焦方法有測(cè)距法、像偏移法；焦點(diǎn)檢測(cè)自動(dòng)對(duì)焦方法有反差檢測(cè)法（對(duì)比度法）、相位差檢測(cè)法，該方法能夠適應(yīng)各種變焦鏡頭且拍攝距離大?；跀?shù)字圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦方法主要大致可分為兩類:

離焦深度法和對(duì)焦深度法。它的核心問題主要是圖像清晰度的評(píng)價(jià)、對(duì)焦窗口的選擇以及對(duì)成像目標(biāo)/變焦鏡頭/圖像探測(cè)器的反饋控制。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23856.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法4.圖像自動(dòng)對(duì)焦（1）圖像清晰度評(píng)價(jià)對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)的基本要求是：①單峰函數(shù)，且對(duì)同一成像目標(biāo)的一系列圖像求其曲線，其最大值恰好對(duì)應(yīng)最清晰的圖像；②函數(shù)在峰值兩側(cè)分別單調(diào)上升和單調(diào)下降；③函數(shù)在峰值兩側(cè)的斜率絕對(duì)值應(yīng)該比較大;④有較高的信噪比。對(duì)焦評(píng)價(jià)函數(shù)可分為以下幾類：①頻域函數(shù)，常用的有離散傅里葉變換（DFT）、快速傅里葉變換（FFT）、離散余弦變換（DCT）、小波變換等；②灰度函數(shù)，常用的有絕對(duì)方差算子、Roberts梯度算子、灰度差分之和算子、Variance算子和灰度變化率之和算子等；③信息熵函數(shù)，根據(jù)香農(nóng)信息論可知，熵最大時(shí)信息量最多，對(duì)于二維圖像而言就是熵最大時(shí)圖像最清晰；④統(tǒng)計(jì)學(xué)函數(shù)。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23866.3.1圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法4.圖像自動(dòng)對(duì)焦（2）搜索算法基于圖像處理的自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)中的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是搜索算法。搜索算法應(yīng)當(dāng)合理，盡量避免重復(fù)搜索或搜索失敗。目前常見的幾種方法有：函數(shù)逼近法、Fibbonacci搜索法、爬山搜索算法等。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.2圖像的語(yǔ)義分割圖像語(yǔ)義分割是像素級(jí)別的圖像識(shí)別和理解，即依據(jù)圖像所含語(yǔ)義信息對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行分類標(biāo)注，將圖像分割為語(yǔ)義含義相同的若干區(qū)域，并使用不同的顏色標(biāo)記不同區(qū)域，以此將每個(gè)區(qū)域的類別標(biāo)注結(jié)果可視化。目前語(yǔ)義分割技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，在自動(dòng)駕駛、醫(yī)學(xué)圖像分析、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等實(shí)際場(chǎng)景中應(yīng)用廣泛。圖

FCN

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)2024-07-23876.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23886.3.2圖像的語(yǔ)義分割1.圖像語(yǔ)義分割的方法2014年Long等人[25]提出了全卷積網(wǎng)絡(luò)（FullyConvolutionalNetworks，簡(jiǎn)稱

FCN），架構(gòu)如圖所示。FCN將圖像級(jí)的分類網(wǎng)絡(luò)拓展為像素級(jí)分類網(wǎng)絡(luò)，并且實(shí)現(xiàn)了端到端的網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，是將深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于圖像語(yǔ)義分割的開山之作。本節(jié)介紹了其中的代表性方法，依據(jù)技術(shù)理念的區(qū)別將其分為六類：基于空洞卷積的方法、基于編解碼的方法、基于特征融合的方法、基于

RNN

的方法、基于注意力機(jī)制的方法、基于

GAN的方法。然后分析和總結(jié)了每類方法的優(yōu)缺點(diǎn)以及其中典型算法的技術(shù)特點(diǎn)，如表所示。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.2圖像的語(yǔ)義分割1.圖像語(yǔ)義分割的方法2024-07-23896.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.2圖像的語(yǔ)義分割1.圖像語(yǔ)義分割的方法2024-07-23906.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.2圖像的語(yǔ)義分割2.圖像語(yǔ)義分割常用數(shù)據(jù)集本小節(jié)整理了常用的大型公共數(shù)據(jù)集，并對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)集的基本信息、主要應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了匯總，如表所示。4-07-23 920216.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)6.3.2圖像的語(yǔ)義分割2.圖像語(yǔ)義分割常用數(shù)據(jù)集本小節(jié)整理了常用的大型公共數(shù)據(jù)集，并對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)集的基本信息、主要應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了匯總，如表所示。2024-07-23926.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23936.3.2圖像的語(yǔ)義分割3.圖像語(yǔ)義分割常用評(píng)價(jià)指標(biāo)目前學(xué)術(shù)界通常從運(yùn)行時(shí)間、內(nèi)存占用、準(zhǔn)確度三方面衡量語(yǔ)義分割算法的性能，因準(zhǔn)確度最具客觀性和公正性，所以本節(jié)著重介紹圖像語(yǔ)義分割準(zhǔn)確度的評(píng)價(jià)指標(biāo)。主要包括像素準(zhǔn)確率（Pixel

Accurary，PA）、交并比（Intersection

Over

Union,IoU）、平均交并比（mean

Intersection

OverUnion，mIoU）等。其中平均交并比mIoU簡(jiǎn)潔且代表性強(qiáng)，是圖像語(yǔ)義分割實(shí)驗(yàn)評(píng)測(cè)中最常用的指標(biāo)。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23946.3.3圖像目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別1.目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別是指從一幅場(chǎng)景（圖片）中找出目標(biāo)，包括檢測(cè)（where）和識(shí)別（what）兩個(gè)過程。任務(wù)的難點(diǎn)在于待檢測(cè)區(qū)域候選的提取與識(shí)別，所以，任務(wù)的大框架為：①首先建立從場(chǎng)景中提取候選區(qū)的模型②然后識(shí)別候選區(qū)的分類模型③最后精調(diào)分類模型的參數(shù)和有效候選框的位置精修目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別在生活中多個(gè)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用，它是將圖像或者視頻中的目標(biāo)與不感興趣的部分區(qū)分開，判斷是否存在目標(biāo)，若存在目標(biāo)則確定目標(biāo)的位置，識(shí)別目標(biāo)是一種計(jì)算機(jī)視覺任務(wù)。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)2024-07-23956.3.3圖像目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別2.圖像分類圖像目標(biāo)類別檢測(cè)是目標(biāo)分類的一個(gè)子問題。目標(biāo)分類可以分為3個(gè)層級(jí)：（1）圖像級(jí)，即確定圖像中是否有相關(guān)的目標(biāo)對(duì)象，如圖像分類、圖像注釋技術(shù)。（2）區(qū)域級(jí)，即確定圖像中某個(gè)區(qū)域含有某類目標(biāo)，即本文所述的圖像目標(biāo)類別檢測(cè)。（3）像素級(jí)，即確定圖像中各像素歸屬于哪類目標(biāo)對(duì)象。像素級(jí)分割也分為類別級(jí)目標(biāo)分割和語(yǔ)義分割兩類。類別級(jí)目標(biāo)分割與語(yǔ)義分割的主要區(qū)別是，語(yǔ)義分割要求將圖像中的所有目標(biāo)包括背景都分割出來并確定其類別，而目標(biāo)分割僅需要分割感興趣的目標(biāo)并分類。根據(jù)目標(biāo)對(duì)象的可形變能力，目標(biāo)可以分為兩類：（1）結(jié)構(gòu)類，例如瓶子、建筑、人體、馬等，它們具有接近的形狀和大小。（2）非結(jié)構(gòu)類，例如天空、草地、云朵等，這類對(duì)象沒有固定的形狀和大小。6.3智能光學(xué)圖像傳感數(shù)據(jù)處理技術(shù)想：結(jié)回966.3.3圖像目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別3.圖像目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別的七種方法隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的