2024年3月9日发(作者：)

一、图像传感器基本原理

成像物镜将外界照明光照射下的(或自身发光的)景物成像在物镜的像面上（焦平面）,并形成二

维空间的光强分布(光学图像)。能够将二维光强分布的光学图像转变成一维时序电信号的传感器

称为图像传感器。图像传感器输出的一维时序信号经过放大和同步控制处理后，送给图像显示器，

可以还原并显示二维光学图像。当然，图像传感器与图像显示器之间的信号传输与接收都要遵守一

定的规则，这个规则被称为制式。例如，广播电视系统中规定的规则称为电视制式（NTSC、PAL、

SECAM）,还有其他的一些专用制式。按电视制式输出的——维时序信号被称为视频信号；本节主

要讨论从光学图像到视频信号的转换原理，即图像传感器的原理。

1 图像传感器的基本结构

图像传感器的种类很多，根据图像的分解方式可将图像传感器分成三种类型，即光机扫光电图

像传感器、电子束扫描图像传感器和固体自扫描图像传感器。

2 固体自扫描图像传感器

固体自扫描图像传感器是20世纪70年代发展起来的新型图像传感器件，如面阵CCD器件，

CM0S图像传感器件等；这类器件本身只有自扫描功能：例如，面阵CCD固体摄像器件的光敏面能

够将成像于其上的光学图像转换成电荷密度分布的电荷图像。电荷图像可以在驱动脉冲的作用下按

照一定的规则(如电视制)一行行地输出，形成图像信号 (或视频信号)。

上述三种扫描方式中．电子束扫描方式由于电子束摄像管逐渐被固体图像传感器所取代已逐渐

退出舞台. 目前光机扫描方式与固体自扫描方式在光电图像传感器中占据主导地位，们是，在有些应

用中通过将一些扫描入式组合起来，能够获得性能更为优越的图像传感器、例如，将几个线阵拼接

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成图像传感器或几个面阵图像传感器拼接起来，再利用机械扫描机构，形成一个视场更大、分辨率

更高的图像传感器，以满足人们探索宇宙奥秘的需要。扫描方式有逐行扫描和隔行扫描。

3 图像传感器的基本技术参数

图像传感器的基本技术参数一般包括图像传感器的光学成像物镜与光电成像器件的参数。

(1) 成像物镜的焦距f

成像物镜的焦距决定了被摄景物在光电成像器件上所成像的大小，在景物相同的情况下，焦距

越长，所成的像越大。

D

相对孔径

f

(2)

成像物镜的相对孔径为物镜入瞳的直径与其焦距之比。相对孔径大小决定了物镜的分辨率、像

面照度和成像物镜成像质量。

(3)视场角2ω

成像物镜的视场角决定了能在光电图像传感器上成像良好的空间范围。要求成像物镜所成的景

物图像要大于图像传感器的有效面积：

以上这二个参数是相互制约的，不可能同时提高，在实际应用中要根据情况适当选择。

二、电荷耦合摄像器件的基本工作原理

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