CCD重点知识简介.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光子模拟量（电压）电荷日光监视器光电转换设备放大设备模拟相机+监视器实物图像数字量光子模拟量（电压）电荷光源PC存储处理模拟采集卡光电转换设备放大设备模拟相机+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转换光电转换设备放大设备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

2、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CMOS光电转换电路放大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CCDA光电转换B电荷储存C电荷转移D转化为电压量CCD芯片的工作方式：CCD与CMOS比较从以上的对比可以看出：CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高速相机则会采用CMOS芯片。CCDCMOS电路更改方便固定速度慢快噪声好差灵敏度好差功耗毫安级微安级成本高低CCD单元部分，就是一个由金属-氧化物-半导体

3、（MOS）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，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把满的水倒出一些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：由此可见，增大像素尺寸是最简单有效的做法。水桶CCD芯片缺点把桶做大增

4、大单位像素尺寸减少测量时间缩短曝光时间对于暗的部分曝光不足把满的水桶到出一些间歇开关时钟电压降低速度做个导流管溢出沟道和溢出门制作复杂，且还有缺陷当一个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。为下一次感光释放空间。C电荷转移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）电子快门整帧电子快门（CCD芯片不通电即不工作）滚动电子快门Globalshutter（全局电子快门）Rollingshuttert1t2t3t4t5t6t1t2t3t4t1t2t3在每一个像素区域，应该有电荷储存空

5、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。相机最重要的两个性能对光的敏感度1.芯片材质2.单位像素尺寸帧速度1.曝光时间2.芯片的传输速度——芯片的传输方式决定的根据阵列排布方式的不同，CCD成像器件分为线阵和面阵两大类。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芯片的转移方式。Fullframetransfer（全帧转移）芯片的每一个像素都感光。传输时，每一

6、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。Frametransfer（桢转移）register芯片的一半像素感光，另一半被遮住。传输时，首先感光部分快速向不感光部分的对应位置转移。之后每一列再向串行寄存器上对应的位置转移。同时，感光部分的空间由于没有了电荷可以继续感光。优势：利用了像素之间转移快的特点。优点:传输快。Interlinetransfer隔行转移（transfer电荷转移方式，芯片的固定结构，图中两个是一个像素）隔行传输的好处在于，感光和传输不在同一列，从而避免了两者之间的冲突。但缺点在于，芯片并不是所有面积都在感光。这样，对于定位测量要求比较高的话

7、，会有影响。Onepixel在CCD的设计过程中，还有一些非常有用的技术。基于驱动电路的设计，原则上，CCD芯片可以完成如下功能：对任意相邻行和列的数据进行合并输出（在不过饱和的前提下）在串行寄存器中，对不感兴趣的数据可以直接清零ACEGBDFHabcdefghefghBinning2*2约节约1/2的时间图为原来1/4但很亮相临4个像素的电荷相临2像素的电荷Binning的实质在于把相临几个像素所积累的电荷