CCD知识简介.ppt

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1、实物图像?图像采集和处理的过程，最基本的是要把实物尽量真实地反映到虚拟的图像上如何准确地描述一幅图像感光芯片的设计思想：就是分割被描述区域，用相应的灰度填充。实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷光源显示设备A/D转换光电转换设备放大设备实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷光源显示设备A/D转换CCDsensor后端电路实物图像光子模拟量（电压）电荷日光监视器CCDsensor相机后端电路模拟相机+监视器实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷光源PC模拟采集卡CCDsensor相机后端电路模拟相机+模拟采集卡实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷光源A/D

2、转换CCDsensor相机后端电路PC数字采集卡数字相机+数字采集卡由于光电转换设备和放大设备都是针对微观的电荷进行量化操作。就需要一个精密的器件来完成这两个过程。我们常用的是CCD和CMOSCCDsensor放大A/D光子电子电压数字信号CMOS芯片可以在像素上同时完成这两个步骤CCD与CMOS的光电转换示意图由上面两图可看出：CMOS和CCD最大的区别是CMOS的电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的CCD与CMOS比较由于上面所说的结构，CCD的电路更改就更方便。而由于CMOS的过分集成，电路更改就不方便。但可靠性高。CMOS功耗小。CMOS躁声大。CMOS灵敏度差。CMOS速度

3、快。由结构决定。成本CMOS便宜一些。从以上的对比可以看出：CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高速摄像头则会采用CMOS芯片。CCD芯片的示意图CCD芯片的工作方式要经历如下过程：A有一个光电转换装置把入射到每一个感光像素上的光子转化为相应数量的电荷B这些电荷可以被储存起来C电荷可以被有秩序地转移出感光区域D电荷都要经过放大器转化为电压量CCD单元部分，就是一个由金属-氧化物-半导体组成的电容器。这一装置能够完成光电转换。A光电转换当向CCD单元电极施加正电压时，会产生能储存电荷的势阱。由于极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的总和，随着电荷的不断注入，势阱会不断变浅，

4、直至饱和B电荷储存这一过程存在着以下问题：当一个像素聚集过多的电荷后，就会出现电荷溢出溢出的电荷会跑到相临的像素势阱里去。这样电荷的电量就不能如实反映原物。也就是常说的blooming要避免这种情况发生的方法：A把桶做大些B减少测量时间C把装满水的桶到出一些D做个导流管，让溢出的水流到地上去，不要流到其他桶里对应的方法：A增大单位像素尺寸B缩短曝光时间缺点：对于暗的部分曝光不足C间歇开关时钟电压缺点：会降低速度D溢出沟道和溢出门缺点：制作复杂，且还有缺陷所以，增大像素尺寸是最完善的做法。当一个CCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包，就按照一行的方向转移出CCD感光区域。为下一次

5、感光放空间C电荷转移通常：电荷转移出感光区域的时间，需要抑制新的电荷注入到芯片。在此，我们加入快门。机械快门（需要相机的曝光信号，速度慢）整帧电子快门滚动电子快门shutterspeedRollingshutter在同一个像素区域，应该有电荷储存空间和用来转移的空间。这样才能顺利完成转移。CCD中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称引起的。电压高的地方，就会产生相对的势阱，电荷会聚集在势阱里。当高电压的位置按照一定方向转移时，势阱的位置也会随之转移，如此，电荷就会随着移动。把CCD的电极分为几组，相同组的电极施加相同的电压来实现势阱的移动。按照分组情况，可分为：2相，3相和4相CCD

6、。2相CCD势阱与势阱间隔一个电极而4相CCD，其势阱间相隔的电极更多。阻隔相临像素间电荷的溢出能力更强。因而更适用于高速时钟。根据阵列排布方式的不同，CCD成像器件分为线阵列和面阵列两大类。线阵CCD的构造相对简单。只是单行的感光和转移。而面阵芯片复杂一些。下面是一些常见的面阵排列方式。Scan&transferFullframetransfer阵列的每一个像素都感光。传输时，每一列向单行串行寄存器上相对应的位置转移。同时，串行寄存器向阵列的出口转移Scan&transferFrametransfer桢转移register阵列的一半像素感光，另一半被遮住。传输时，首先感光部分快速向不

7、感光部分的对应位置转移。之后每一列向单行串行寄存器上相对应的位置转移。同时，感光部分的空间由于没有了电荷可以继续感光对比一下Fullframe和Frametransfer两种传输模式。(很好的芯片，科研用）Frametransfer的优势在于，利用了像素间传输快的特点，从而忽略这一时间，使得，在上一帧电荷转移出芯片的同时可以采集下一帧图像。同时，这种模式，可以不加任何快门工作。但这样做，毕竟还是会在很短的一段时间里，使得传输的电荷还在接收新感光