Page 25 - 数字化测绘技术与理论研究

第一章 无人机基础

图像传感器和互补金属氧化物导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor，
CMOS）图像传感器。虽然两种传感器工作流程都遵循四个步骤：①像素点曝光
一段时间即将光转化为电荷；②像素点进行电荷累积；③电荷转换为电压；④通
过放大器进行放大。但两者在详细工作中有所不同。

1.CCD 图像传感器介绍
CCD 相机内部含有上百万个感光像素点，在感受到外界光照后，单位像素
开始经过曝光后将光线转化为电荷，并把电荷累积到像素点中，并不对其产生的
模拟信号做进一步的处理，而是直接将电荷收转移到下一个感光像素点的存储单

元即水平移位寄存器中，再送至垂直移位寄存器，进行轮流转换并通过放大器放
大，然后将电流模拟信号转成数字信号，最后将亮度值数据信息保存在图像中，
CCD 传感器有其专属的转移寄存器，因此可以保证获取光照时可以保证图像不
失真，但在转移电荷过程中会损耗额外电压。CCD 相机使用的全局快门，通常

使用电子快门达成，开启快门后，整片感光元件同时曝光，将光线转变成电信号，
曝光时间在达到所设定的相机快门速度后，立即停止曝光动作，并关闭相机快门，
即 CCD 中所有像素点同一时刻曝光，然后将有电荷从感光区转移到寄存器中存
储，最后逐行进行读取亮度值数据。

2.CMOS 图像传感器介绍
CMOS 传感器在受到外界光照后，信号电荷不像 CCD 传感器在专属寄存器
中转移，而是只在像素内部转移，避免了电荷传输过程中的损耗问题。电流直接
经过每个像素点旁边的放大器和模数转换器，将光照度产生的电流信号直接转换

成数字信号，生成色值数据（彩色图像中使用 R、G、B 三个彩色分量构成每个
像素）。不同于 CCD 中所有像素同时读出的工作模式，目前常见的 CMOS 传感
器的读出结构为列平行式结构，即卷帘快门。其每一行像素点同时读出，并且平
行地进行处理，处理过的信号同时存储在一行内存中，然后逐行顺序读出。同一

行内数千个像素仅仅需要一个行选脉冲信号，便可同时工作，而行选脉冲信号在
每个读出周期内仅能选择一行像素点进行读出操作。每行像素点相比前一行的曝
光起始时间都存在一定时间的延迟，该时间须大于或等于单行的读出时间，导致
每行的读出周期不会重叠。只有在第一行数据读出之后，新的一行才能开始复位

和曝光，因此当 LED 进行快速闪烁时，CMOS 相机不同时刻分别曝光，并且像
素点与光源的相对位置不同，受环境干扰影响也不同，因此任意一行中每个像素

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