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红外相机CCD和CMOS测试效果比较

发布时间:2022-02-21      点击次数:935

红外相机的“底"——CCD和CMOS的5个区别。我们常说的“底",或者成像器件,或者感光元件都是同一个概念——传感器。对于相机来说,传感器就是其核心,是相机感受光线并把光线转化为电子信号的部件。数码相机就是将外部影像的每一个像素用这些电子信号来表示和存储。


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一、CMOS和CCD的区别


1、灵敏度差异

由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路),使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积,因此在象素尺寸相同的情况下,CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器。


2、成本差异

由于CMOS传感器采用一般半导体电路常用的CMOS工艺,可以轻易地将周边电路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到传感器芯片中,因此可以节省外围芯片的成本。

由于CCD采用电荷传递的方式传送数据,只要其中有一个象素不能运行,就会导致一整排的数据不能传送,因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多,因此,CCD传感器的成本会高于CMOS传感器。


3、分辨率差异

CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂,其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平,因此,当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时,CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。


4、噪声差异

由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器,而放大器属于模拟电路,很难让每个放大器所得到的结果保持一致,因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比,CMOS传感器的噪声就会增加很多,影响图像品质。


5、功耗差异

CMOS传感器的图像采集方式为主动式,感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出,但CCD传感器为被动式采集,需外加电压让每个象素中的电荷移动,而此外加电压通常需要达到12~18V。

因此,CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC),高驱动电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平。

综上所述,CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面都优于CMOS传感器,而CMOS传感器则具有低成本、低功耗、以及高整合度的特点。




二、近红外CMOS数字相机产品介绍及测试





1、产品介绍

美国近红外CMOS 数字照相机,带USB2.0接口,设计用于个人电脑或笔记本电脑上。USB2.0接口高达400兆/秒的数据传输速率使得我们能够在计算机上对图片灵活的实时操纵,即使是在百万像素下设置的帧格式。该相机采用最新CMOS 传感器,提高了相机的敏感度,每个照相单元中都含有微透镜和级联式增强。相机在使用时通过USB 数据线与电脑连接。该相机广泛应用于科学、医疗、工业等领域(如技术设备、机器视觉、显微接口、测量相机、天文相机等)。


光谱范围
400-1700nm
镜头
F1.4/26mm,C-mount
视场范围25°
信噪比

48dB

规格
CMOS 1/3 inch
格式11280 x 1024 (15Hz or 7Hz)
格式2
640 x 480 (60Hz or 30Hz)
帧频CCIR标准(25fps)
数据接口
USB2.0
标准件包括CONTOUR-IR CMOS相机、滤波片、定距环、工具箱



波长响应



2、实验测试及结果




操作步骤:

(1)安装CMOS 软件和驱动程序,打开软件界面;

(2)安装1550nm激光器,输出光纤连接到光纤准直器;

(3)打开激光器,功率在20mW左右。对准相机的小孔,在软件界面上观察测试光斑。





左:1310nm;右:1550nm






三、经济型近红外数字相机(1480-1600nm)



1、产品介绍

CAM-1550IR适用于经济实惠的实时红外成像应用的照相机,利用我们现有的技术,我们开发了CAM-1550IR在1550nm处优化了最高灵敏度,理想情况下适用于通信频带的波束定位/对准,发射器、激光器、高速光纤或直接成像通过一个附加的镜头。Caml-适配器使用时轻松且经济地调整相机在1550nm处使用。


参数单位
指标
相机规格
/
Cam-1550-IR463125
工作波长
nm
1480-1600nm
像素大小
um
3.75微米x3.75微米
最大分辨率
NA
1296(h)x964(V)
动态范围
dB
56.77
传输速率mbit/s480
动态范围9.43
最小输入功率UW
10
测量时间
S
<2s(1 s with smaller measurement ranges)
视频数据输出/
8位和16位数字数据
模数转换器模拟装置/
12位模数转换器
部分图像模式/基于格式7的像素分类和感兴趣区域模式
仪器设备接口V
5针Mini-bUSB2.0数码接口,用于相机控制、视频数据传输和电源
电脑配置要求NA
PC running Windows 7, 8, or 10, 1 GB available   RAM, USB 2.0 (or later) port, monitor, pointing device
预热时间Min
<5
温度°C+15°C to +30°C (-10°C to +70°C storage)
压力mm
500-900
潮湿度
%
≤90% R.H. at+40°C(no condensation)
图像传感器型号NA
索尼渐进式扫描接口线间传输ICX445 1/3 Exview HAD CCDTM
重量
Kg
14 lbs
供电需求/
90-264 VAC, 47-63 Hz, 50 VA max



相机传感器涂层吸收的灵敏度


2、实验测试及结果




操作步骤:

(1)安装相机软件,连接USB,打开软件界面;

(2)安装激光器,输出光纤连接到光纤准直器;

(3)打开激光器,功率在2mw 左右。在软件界面上观察光斑图像。



1550nm





四、900-1700nm短波红外InGaAs铟镓砷相机







1、产品介绍




筱晓光子提供的线阵/面阵,近红外相机/短波红外相机/铟镓砷相机,采用铟镓砷(InGaAs)材料,在非制冷条件下,仍然在近红外波段(NIR,SWIR)拥有高灵敏度,量子效率高达80%。光谱探测范围是900-1700nm短波红外波段,并可扩展到400-1700nm和1000-2500nm。




参数型号MPCAM-990SWIR-TEC
传感器类型1.3MP In Ga As Image Sensor
接口
USB 3.0 Bulk Transfer
输出位深度12bit
帧速率72fps(12bit)
快门速度20.3µsec.~2sec.
同步系统Internal Synchronization
透镜支架C Mount
供电
DC5V USB BUS Power
功率消耗Under Approx.11W
环境条件

操作温度湿度: 10~40°C / 10~80%(Non-condensing)

存储温度湿度:  0~60°C /10~95%(Non-condensing)

外形尺寸

71.6(W)x61.5(H)x78.0(D)mm

※Lens, Tripod and cables not included

重量About 440g




相机传感器涂层的吸收灵敏度




2、实验测试及结果







操作步骤:




(1)安装相机软件,连接USB,打开软件界面;
(2)安装激光器,输出光纤连接到光纤准直器;
(3)打开激光器,功率在2mw 左右。在软件界面上观察光斑图像。









1550nm




结论:通过三种相机对1550nm激光器的测试,我们发现InGaAs铟镓砷相机测出来的光斑边缘更清晰,效果更好。