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高速CMOS与CCD图像传感器技术解析
资料介绍
一、核心定义与基本原理
高速CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体）和高速CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）是当前两类主流的高速成像核心器件，二者核心功能均为将光信号转化为可数字化处理的电信号，通过结构设计与工艺优化实现更高的成像帧率，满足高速动态场景的捕捉需求。
1. 高速CCD基本工作原理
CCD传感器的核心结构是由一系列紧密排列的MOS电容阵列构成，在工作过程中，入射光子被光电二极管吸收后产生光生电荷，每个像素单元将电荷信号存储在对应的势阱中，随后在驱动时钟的控制下，所有像素的电荷信号按照固定顺序依次转移到输出节点，经过放大、模数转换后生成数字图像。传统CCD为全局曝光结构，所有像素同时完成光电信号转换，配合高速电荷转移设计即可实现高速成像，而高速CCD通过优化转移电极结构、提高驱动时钟频率、降低转移损耗实现更高的帧率输出。
2. 高速CMOS基本工作原理
CMOS传感器采用主动像素传感器（APS）架构，每个像素单元内部集成了光电二极管、电荷-电压转换电路和放大电路，入射光子产生的光生电荷可以在单个像素内部直接完成信号放大与模数转换，不需要逐位电荷转移。高速CMOS通过并行读出架构设计，将像素阵列分为多个子区域，每个子区域配备独立的读出通道，同时进行信号输出，大幅缩短了整帧图像的读出时间，以此实现高速成像。
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