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紅外相機CCD和CMOS測試效果比較 - 筱曉光子精品速遞⑤ 2021-09-01

紅外相機的“底”——CCD和CMOS的5個區別。我們常說的“底”,或者成像器件,或者感光元件都是同一個概念——傳感器。對于相機來說,傳感器就是其核心,是相機感受光線并把光線轉化為電子信號的部件。數碼相機就是將外部影像的每一個像素用這些電子信號來表示和存儲。


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一、CMOS和CCD的區別


1、靈敏度差異

由于CMOS傳感器的每個象素由四個晶體管與一個感光二極管構成(含放大器與A/D轉換電路),使得每個象素的感光區域遠小于象素本身的表面積,因此在象素尺寸相同的情況下,CMOS傳感器的靈敏度要低于CCD傳感器。


2、成本差異

由于CMOS傳感器采用一般半導體電路最常用的CMOS工藝,可以輕易地將周邊電路(如AGC、CDS、Timing generator、或DSP等)集成到傳感器芯片中,因此可以節省外圍芯片的成本。

由于CCD采用電荷傳遞的方式傳送數據,只要其中有一個象素不能運行,就會導致一整排的數據不能傳送,因此控制CCD傳感器的成品率比CMOS傳感器困難許多,因此,CCD傳感器的成本會高于CMOS傳感器。


3、分辨率差異

CMOS傳感器的每個象素都比CCD傳感器復雜,其象素尺寸很難達到CCD傳感器的水平,因此,當我們比較相同尺寸的CCD與CMOS傳感器時,CCD傳感器的分辨率通常會優于CMOS傳感器的水平。


4、噪聲差異

由于CMOS傳感器的每個感光二極管都需搭配一個放大器,而放大器屬于模擬電路,很難讓每個放大器所得到的結果保持一致,因此與只有一個放大器放在芯片邊緣的CCD傳感器相比,CMOS傳感器的噪聲就會增加很多,影響圖像品質。


5、功耗差異

CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式,感光二極管所產生的電荷會直接由晶體管放大輸出,但CCD傳感器為被動式采集,需外加電壓讓每個象素中的電荷移動,而此外加電壓通常需要達到12~18V。

因此,CCD傳感器除了在電源管理電路設計上的難度更高之外(需外加 power IC),高驅動電壓更使其功耗遠高于CMOS傳感器的水平。

綜上所述,CCD傳感器在靈敏度、分辨率、噪聲控制等方面都優于CMOS傳感器,而CMOS傳感器則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。




二、近紅外CMOS數字相機產品介紹及測試


微信圖片_20210901095652.jpg




1、產品介紹

美國近紅外CMOS 數字照相機,帶USB2.0接口,設計用于個人電腦或筆記本電腦上。USB2.0接口高達400兆/秒的數據傳輸速率使得我們能夠在計算機上對圖片靈活的實時操縱,即使是在百萬像素下設置的幀格式。該相機采用最新CMOS 傳感器,提高了相機的敏感度,每個照相單元中都含有微透鏡和級聯式增強。相機在使用時通過USB 數據線與電腦連接。該相機廣泛應用于科學、醫療、工業等領域(如技術設備、機器視覺、顯微接口、測量相機、天文相機等)。


光譜范圍
400-1700nm
鏡頭
F1.4/26mm,C-mount
視場范圍25°
信噪比

48dB

規格
CMOS 1/3 inch
格式11280 x 1024 (15Hz or 7Hz)
格式2
640 x 480 (60Hz or 30Hz)
幀頻CCIR標準(25fps)
數據接口
USB2.0
標準件包括CONTOUR-IR CMOS相機、濾波片、定距環、工具箱


微信圖片_20210901095800.jpg


波長響應



2、實驗測試及結果


微信圖片_20210901095830.jpg



操作步驟:

(1)安裝CMOS 軟件和驅動程序,打開軟件界面;

(2)安裝1550nm激光器,輸出光纖連接到光纖準直器;

(3)打開激光器,功率在20mW左右。對準相機的小孔,在軟件界面上觀察測試光斑。


微信圖片_20210901095851.jpg




左:1310nm;右:1550nm






三、經濟型近紅外數字相機(1480-1600nm)

微信圖片_20210901095912.jpg



1、產品介紹

CAM-1550IR適用于經濟實惠的實時紅外成像應用的照相機,利用我們現有的技術,我們開發了CAM-1550IR在1550nm處優化了最高靈敏度,理想情況下適用于通信頻帶的波束定位/對準,發射器、激光器、高速光纖或直接成像通過一個附加的鏡頭。Caml-適配器使用時輕松且經濟地調整相機在1550nm處使用。


參數單位
指標
相機規格
/
Cam-1550-IR463125
工作波長
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)
動態范圍
dB
56.77
傳輸速率mbit/s480
動態范圍9.43
最小輸入功率UW
10
測量時間
S
<2s(1 s with smaller measurement ranges)
視頻數據輸出/
8位和16位數字數據
模數轉換器模擬裝置/
12位模數轉換器
部分圖像模式/基于格式7的像素分類和感興趣區域模式
儀器設備接口V
5針Mini-bUSB2.0數碼接口,用于相機控制、視頻數據傳輸和電源
電腦配置要求NA
PC running Windows 7, 8, or 10, 1 GB available   RAM, USB 2.0 (or later) port, monitor, pointing device
預熱時間Min
<5
溫度°C+15°C to +30°C (-10°C to +70°C storage)
壓力mm
500-900
潮濕度
%
≤90% R.H. at+40°C(no condensation)
圖像傳感器型號NA
索尼漸進式掃描接口線間傳輸ICX445 1/3 Exview HAD CCDTM
重量
Kg
14 lbs
供電需求/
90-264 VAC, 47-63 Hz, 50 VA max


微信圖片_20210901095942.jpg


相機傳感器涂層吸收的靈敏度


2、實驗測試及結果


微信圖片_20210901100001.jpg



操作步驟:

(1)安裝相機軟件,連接USB,打開軟件界面;

(2)安裝激光器,輸出光纖連接到光纖準直器;

(3)打開激光器,功率在2mw 左右。在軟件界面上觀察光斑圖像。

微信圖片_20210901100021.png



1550nm




四、900-1700nm短波紅外InGaAs銦鎵砷相機


微信圖片_20210901100038.jpg




1、產品介紹


筱曉光子提供的線陣/面陣,近紅外相機/短波紅外相機/銦鎵砷相機,采用銦鎵砷(InGaAs)材料,在非制冷條件下,仍然在近紅外波段(NIR,SWIR)擁有高靈敏度,量子效率高達80%。光譜探測范圍是900-1700nm短波紅外波段,并可擴展到400-1700nm和1000-2500nm。



參數型號MPCAM-990SWIR-TEC
傳感器類型1.3MP In Ga As Image Sensor
接口
USB 3.0 Bulk Transfer
輸出位深度12bit
幀速率72fps(12bit)
快門速度20.3μsec.~2sec.
同步系統Internal Synchronization
透鏡支架C Mount
供電
DC5V USB BUS Power
功率消耗Under Approx.11W
環境條件

操作溫度濕度: 10~40°C / 10~80%(Non-condensing)

存儲溫度濕度:  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


微信圖片_20210901100059.jpg



相機傳感器涂層的吸收靈敏度



2、實驗測試及結果



微信圖片_20210901100118.jpg



操作步驟:


(1)安裝相機軟件,連接USB,打開軟件界面;
(2)安裝激光器,輸出光纖連接到光纖準直器;
(3)打開激光器,功率在2mw 左右。在軟件界面上觀察光斑圖像。




微信圖片_20210901100139.jpg




1550nm



結論:通過三種相機對1550nm激光器的測試,我們發現InGaAs銦鎵砷相機測出來的光斑邊緣更清晰,效果更好。















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