图像传感器的应用详解

随着传感器技术的发展，图像传感器早已被广泛应用于消费电子、医疗电子、航空电子等领域，本文就将介绍图像传感器常用的应用领域及具体的应用情况。

数码相机

早期，在数码相机领域，CCD是无可争议的霸主，绝大部分数码相机都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端单反相机型号上采用CMOS元件。不过近年来，CMOS发展势头迅猛，几乎已经在家用单反相机中一统江湖。

CCD元件的色彩饱和度好，图像较为锐利，质感更加真实，特别是在较低感光度下的表现很好。不过，CCD元件的制造成本高，在高感光度下的表现不太好，而且功耗较大。

CMOS的色彩饱和度和质感则略差于CCD，但处理芯片可以弥补这些差距。重要的是，CMOS具备硬件降噪机制，在高感光度下的表现要好于CCD，此外，它的读取速度也更快。

这些特性特别适合性能较高的单反相机，因此目前市场中常见的单反数码相机几乎都采用了CMOS传感器。这些装备了CMOS传感器的数码相机甚至具备了拍摄全高清（FullHD）视频的能力，这是使用CCD的数码相机目前无法做到的。

CMOS另一个优势就是非常省电，只有普通CCD的1/3左右。虽然CMOS元件在低感光度下的表现比CCD差，特别是在小尺寸的家用消费类相机成像元件上，由于像素面积小，这个缺陷就更为明显。

智能手机

我们知道相比于CCD传感器，CMOS传感器在功耗、体积及制造成本方面有着不可比拟的优势，而这些正在生产厂家在大规模市场应用中绝对不可忽视的因素。得益于智能手机、汽车行驶记录仪及网络监控市场近几年的高速增长，CMOS传感器在资金、技术投入方面获得了巨大支持。

据估测，受手机市场和汽车市场的推动，CMOS图像传感器市场从2014年开始，至2020年间的年均增长率将保持在10.6％左右，到2020年，市场规模预计将达到162亿美元。

CMOS市场蓝图

为了实现低能耗和小型组件的高度集成，CMOS设计师开始关注开发手机成像器——世界上规模最大的成像器应用。大量资金投入到开发和微调CMOS成像器及其生产工艺方面。正因为此，CMOS成像器的图像质量即使在像素尺寸收缩的情况下仍然大为改善。

需要说明的是感光元件只是手机类摄像头组成中不可或缺的一部分，但不是成像质量的决定性因素，这其中还包括厂商通过软件对硬件的优化调校，使其让人感觉最好的效果，这也是目前各家厂商在手机摄像画质方面效果差异最大的决定性因素之一。

航天、医学以及专业定制领域

1990年美国国家航空航天局采用CCD数字成像技术，将有史以来最大最精确的“哈勃”空间望远镜送上了太空轨道。从1.6万公里以外的萤火虫，到相距130亿光年的古老星系，她成功的创造了一个个空间观测奇迹，包括发现黑洞存在的证据，探测到恒星和星系的早期形成过程。

这就是我们都熟知的哈勃空间望远镜中的CCD应用。用一幅图，就足以证明CCD的伟大。

哈勃星云

2011年7月，欧空局为新卫星配十亿像素数码相机。其使用106块独立的电子探测器件合成了世界上有史以来为太空计划建造过的最大像素数码相机。

这台被称作“十亿像素阵列”的相机安装在欧洲空间局发射的“盖亚”探测器上，成为它超灵敏的眼睛。为了探测到比肉眼可见暗数百万倍的恒星，盖亚探测器需要配备超高灵敏度的相机。这台相机就是由106个CCD（电子耦合器件）制作而成的。

欧空局卫星

中国首颗绕月人造卫星嫦娥一号，资源一号卫星、嫦娥二号、海洋一号等众多航天探测器也都是使用CCD作为超高灵敏度的相机核心部件。这足以说明CCD在太空影像的核心地位。

CCD不仅是超高清成像设备部件，同样有着极强的耐用性。太空的环境与地球环境相比，不用多言，太空已成为高寒的环境，平均温度为零下270.3℃。

在太空中，各种天体也向外辐射电磁波，许多天体还向外辐射高能粒子，形成宇宙射线。如太阳有太阳电磁辐射，太阳宇宙线辐射和太阳风。相机作为获取太空影像信息的核心部件，其在太空环境下的寿命至关重要的。而CCD探测器长达几十年的设计寿命，完美的满足了高清和耐用两个刚性指标。

CCD探测器在航天航空领域不断的发展，同样的，其在医用领域，CCD也是最常用的图像传感器。近年来，CCD探测器更是突破材料极限，采用新的设计思路，使得CCD探测器能够输出大幅面动态影像，在医学临床诊断上有里程碑式的意义。医用CCD技术，与航天航空CCD技术一脉相承，可以说，有着非常过硬的质量和广泛的应用前景。

Medical医用显微内窥镜。利用超小型的CCD摄像机或光纤图像传输内窥镜系统，可以实现人体显微手术，减小手术刀口的尺寸，减小伤口感染的可能性，减轻病人的痛苦。同时还可进行实时远程会诊和现场教学。

实际上，直到现在，CCD探测器在医学、航天、航空、遥感模块转换图像帧获取、卫星侦察、天文观测、通讯、交通、机械、钢铁、电子、计算机、机器人视觉、新闻、广播、电影、电视、金融、出版、印刷、纺织、食品、照相、文教、公安、保卫、家电、旅游等各个领域一直都有非常强劲和深入的发展。