CCD知识
CCD常用知识总结
CCD 常用知识总结随着CCD的不断发展，尤其典型的是当微光CCD向低照度方向发展时，噪声已经成为阻碍CCD进一步发展的障碍。
噪声是CCD的一个重要参数，它是决定信噪比S/N （Singal/Noise）的重要因素，而同时信噪比又是各种数据参数中最重要的指标之一。
随着CCD器件向小型化、集成化的不断发展，CCD光敏元数的增加势必减小光敏元的面积，从而降低了CCD的输出饱和信号。
为扩大CCD的动态范围，就必须降低CCD的噪声（动态范围与噪声间的联系）。
CCD工作时，在输入结构、输出结构、信号电荷存储和转移过程中都会产生噪声。
噪声叠加在信号电荷上，形成对信号的干扰，降低了信号电荷包所代表的信息复原后的精度，并且限制了信号电荷包的最小值。
CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号，其中夹杂着各种噪声和干扰。
CCD输出信号处理的目的是在不损失图像细节并保证在CCD 动态范围内，图像信号随目标亮度线形变化是尽可能消除这些噪声和干扰。
（选自《CCD降噪技术的研究》燕山大学工学硕士学位论文）CCD的发展现状CCD最初是1969年由美国贝尔实验室的两名科学家W.S.Boyle与G.E.Smith提出，1970年在贝尔实验室制造成功。
它一问世，就显示出灵敏度高、光谱响应范围大、操作容易、维护方便、成本低、易推广等一系列优点，因而受到人们的普遍重视，现已取代摄像管，成为一种最常见的图像传感器。
自CCD问世以来，特别是近几年来，一直为美、日、英、法、德、荷兰等工业发达国家所瞩目，其中美、日两国的研制与生产能力居于世界领先地位。
国外主要的CCD研制与生产单位有日本的电气、东芝、索尼、夏普、日立，美国德州仪器，荷兰飞利浦等。
二十年来，CCD向着高集成度、高灵敏度、高分辨率、宽光谱响应的方向迅速发展，不断完善。
目前国外已研制出了像素数目为9K×9K的CCD芯片，像素尺寸最小已达到2.4μm×2.4μm;像素数目为4K×4K的CCD芯片已达到商业化水平。
CCD参数的基础知识
CCD参数的基础知识CCD（Charge-Coupled Device）是一种用于图像传感器的技术，被广泛应用于数码相机、摄像机以及其他光学设备中。
CCD参数是指影响图像质量和性能的一系列参数，了解这些参数对于选择和使用CCD设备至关重要。
本文将介绍CCD参数的基础知识，包括感光元件尺寸、像素数量、动态范围、噪声水平等。
1.感光元件尺寸：感光元件尺寸是指CCD芯片上感光元件的物理尺寸，通常以英寸（inch）为单位。
感光元件尺寸越大，可以捕捉到的光线越多，图像质量也越好。
常见的CCD感光元件尺寸有1/2.3英寸、1/1.8英寸、APS-C（1.5英寸）等。
2.像素数量：像素数量是指CCD芯片上感光元件的数量，也就是图像的分辨率。
像素数量越多，图像细节表现越清晰。
常见的CCD像素数量有100万像素、200万像素、1200万像素等。
3.动态范围：动态范围是指CCD芯片能够捕捉到的亮度范围。
动态范围越大，CCD可以同时捕捉到明亮和暗部的细节，图像的对比度和细节丰富度都会更好。
动态范围通常以dB（分贝）为单位表示。
4.噪声水平：噪声是CCD芯片产生的非图像信号，可以分为暗噪声和亮噪声。
暗噪声是指在低光条件下，CCD芯片自身产生的噪声；亮噪声是指在高光条件下，CCD芯片产生的噪声。
噪声水平越低，图像质量越好。
常见的噪声水平有e-（电子）/pixel、dB（分贝）等。
5.曝光时间：曝光时间是指CCD感光元件接收光线的时间长度。
曝光时间越长，CCD可以接收到更多的光线，图像亮度越高。
曝光时间通常以秒为单位。
6.帧率：帧率是指CCD设备每秒处理的图像帧数。
帧率越高，CCD设备可以更快地捕捉连续的图像，适用于快速移动的物体拍摄。
帧率通常以fps（帧/秒）为单位。
7.信噪比：信噪比是指CCD芯片输出信号与噪声之间的比值。
信噪比越高，CCD 输出的图像信号越清晰，噪声干扰越小。
信噪比通常以dB（分贝）为单位。
8.动态响应：动态响应是指CCD芯片对不同亮度的光线变化的反应能力。
CCD摄像头基本知识
CCD(电荷耦合器)摄像头基本知识现在科学级得摄像头比前几年更尖端,应用领域也更广了。
在生物科学领域,从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统,都用到了CCD得摄像头。
但就是很多研究工作者对CCD得指标仍云里雾里。
下面对CCD得一些常见指标进行表述。
常见得CCD一般指:CCD摄像头与插在电脑得采集卡区别数字摄像头与模拟摄像头所有CCD芯片都属于模拟得设备。
当图像进入计算机就是数字得。
如果信号在摄像头、采集卡两部分完成数字化得,这个CCD被认为就是模拟CCD。
数字摄像头事实上就是由内置于摄像头得数字化设备完成数字化过程,这样可以减少图像噪音。
与模拟摄像头相比,数字摄像头提高了摄像头得信噪比、增加摄像头得动态范围、最大化图像灰度范围。
科学级得绝大多数得CCD芯片都就是由Kodak、Sony、SIT制造。
评价CCD得基本指标信噪比SNR真实体现摄像头得检测能力。
所有得CCD摄像头得厂家为提高摄像头得性能,都尽力使信号(可达到满井电子得数目)最大同时尽可能减少噪音。
SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit数在相同满井电子得CCD,降低CCD噪音,就能提高CCD得监测能力,热或者暗电流对于CCD都就是噪音,噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷得Peltier 消除。
在曝光超过5-10秒,CCD芯片就会发热,没有致冷设备得芯片,“热”或者白得像素点就会遮盖图像。
-20度得摄像头可以拍摄不超过5分钟得图像,-40度得摄像头拍摄时间可以超过1小时。
像素面积这个指标就是在芯片得一个重要指标。
像素面积越大、对光越灵敏。
因为像素点面积有更多电子,能产生更多信号。
在1/2”、2/3”、1”得芯片上,像素点越大,像素越少。
会影响空间分辨率。
大像素点增加灵敏度、小得像素点增加分辨率。
要提高影像质量就必须增加CCD得像素,因此在CCD尺寸一定得情况下,增加像素就意味着要缩小了像素中得光电二极管。
我们知道单位像素得面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大分辨率,所以,如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量得恶化。
CCD知识简介
• 为摄像系统中可记录光线变化的半导体，通常市 面所见外形如下图，通常以百万像素〈megapixel〉 为单位。
CCD通用外 形
CCD的类型
因应不同种类的工作需求，业界发展出四 种不同类型的 CCD ： Linear 线性CCD Interline扫瞄CCD 全景 Full-FrameCCD Frame-Transfer 全传CCD
• • • •
Linear 线性CCD
• Linear 线性CCD是以一维感光点构成， 透过步进马达扫瞄图像，由于照片是一 行行组成，所以速度较使用 2维CCD的 数位相机来得慢。这型CCD 大多用于平 台式扫描器之上。
Interline扫瞄CCD
• Interline 扫瞄型 CCD的曝光步骤（STEP 1. - 见图）和 前面介绍的相同，所不同处在于读取电荷的方式。 Interline CCD 透过垂直传送带（STEP 2.）从暂存矩阵 中读出讯号，再向下转移至底部水平转换记录器（STEP 3.），然后电荷在搬到放大器中（橘色圆圈），之后在到 DSP里读出水平光电位置行列，最后产生电子信号代表一 张完整的数位影像。清空暂存器后，再重新设定光电位置 以便接收下一张影像。IL 型 CCD 的优点在于曝光后即可 将电荷储存于暂存器中，元件可以继续拍摄下一张照片， 因此速度较快，目前的反应速度以已经可达每秒 15张以 上。但 IL 的缺点则是暂存区占据了感光点的面积，因此 动态范围（Dynamic Range - 系统最亮与最暗之间差距所 能表现的程度）较小。不过，由于其速度快、成本较低， 因此市面上超过 86％以上的数位相机都以 IL 型 CCD 为 感光元件
Frame-Transfer 全传 CCD的架构则是介于 IL 和 FF 之间的 产品，它分成两个部分上半部分是感光区，下半部则是暂时 存储区。整体来说 Frame-Transfer CCD 非常的类似 FullFrame CCD，它的特点在于直接规划了一个大型暂存区。 一旦FT CCD 运作，它可以迅速将电荷转移到下方的暂存区 中，本身则可以继续曝光拍照。这个设计，让FT 同IL 一样 可以使用电子快门，但同时也可增加感光面积和速度。FT CCD 主要是由 荷兰 Philips 公司开发，后来技术移转给 SANYO 公司发展成 VPMIX 技术。三洋对 VPMIX 的改良 相当成功，使它的数位相机能兼具静态和动画的拍摄能力 （可达30 fps的拍摄速度，在动画运用上非常出
CCD基本知识
CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。
目前市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。
因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。
在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。
然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。
好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。
个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD 靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。
第二章摄像机的主要技术参数一、CCD尺寸即摄象机靶面。
目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。
在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。
1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。
2 /3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。
1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。
1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。
1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2m m*高2.4mm，对角线4mm。
二、CCD像素是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
CCD的参数指标知识
CCD的参数指标知识很多普通的消费者，正像这位同事，在选择数码相机时，第一眼看中的就是CCD像素个数，第二眼也往往是最后一眼，看的就是价格。
两者皆看中，购买的决心就基本下定了。
然而，这个被许多消费者看重的CCD，却有着许多普通消费者并不了解的秘密。
到底需要多少CCD像素？CCD，是英文Charge Coupled Device的缩写，中文译名即“电荷耦合器件”。
从功能上看，它负责将镜头传来的光信号转换为电信号，类似于普通光学相机的胶片。
CCD光电转换是通过CCD上面布满的许多感光点（MOS电容）来实现的。
一张图片，就是通过这一个个的感光点来描述其色彩、亮度与灰度的。
对CCD感光点，我们通常的另一种描述是“像素”。
理论上，像素越多，拍摄时就能使被拍摄物的影像分得更精细，对图像的描述也会更精细。
也就是说，要提高图像的分辨率，最直接的方式就是提高像素个数，即CCD感光点的个数。
正是由于这个原因，CCD像素的个数，构成了数码相机成像质量的一个极其重要的决定因素——甚至，被绝大多数人当作了唯一重要的参数，尤其是在普通消费者那里，“唯像素论”已经变成了主流消费观念。
开头的例子中，那位同事，就是了为500万像素，甚至连变焦能力和镍氢电池都可以容忍。
那么，在实际应用中，我们究竟应该如何看待像素的个数呢？有人说，如果要达到普通35mm光学相机的画面质量，数码相机的像素至少要到千万以上。
这句话的另外一层意思好像是，即使如600万像素级的高档家用数码相机，其成像质量也无法与普通的光学相机相比。
但事实并不完全如此，上面的比较是不公平的，因为所有的一切皆取决于我们的应用。
在一些特殊的行业，比如出版、影像、广告行业等，它们经常需要将图片放得很大。
对这种应用，即时目前最先进的千万像素级数码相机，与传统光学相机相比，也捉襟见肘。
而在家用领域，却极少有把照片放大到7寸以上的需求——即使7寸照片，200万像素也完全满足需要了。
下面列出一组分辨率、像素与实际成像大小的关系：600×800=48万像素=3寸照片700×1000=约80万像素=5寸照片（3.5×5英寸，毫米规格89×127）；800×1200=约100万像素=6寸照片（4×6英寸，毫米规格102×152）；1000×1400=约150万像素=7寸照片（5×7英寸，毫米规格，127×178）；1200×1600=约200万像素=8寸照片（6×8英寸，毫米规格152×203）；1600×2000=约310万像素=10寸照片（8×10英寸，毫米规格203×258）；1600×2400=约400万像素=标准照片（8×12英寸，毫米规格203×304）；1600×2800=约400万像素=宽幅照片（8×14英寸，毫米规格203×356）。
CCD知识简介
对应的方法：
水桶 把桶做大 减少测量时间 把满的水桶到出一些 做个导流管 CCD芯片 增大单位像素尺寸 缩短曝光时间 间歇开关时钟电压 溢出沟道和溢出门 对于暗的部分曝光不足 降低速度 制作复杂，且还有缺陷 缺点
CCD芯片的工作方式：
A B C D 光电转换 电荷储存 电荷转移 转化为电压量
CCD与CMOS比较
CCD 电路更改 速度 噪声 灵敏度 功耗 成本 方便 慢 好 好 毫安级 高 CMOS 固定 快 差 差 微安级 低
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。
PC
图像
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
CMOS
CCD与CMOS的光电转换示意图 CCD 电路放大 电子 电压
光电转换 光子
A/D 数字信号
CMOS芯片可以在像素上同时完成这两个步骤 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
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• 由此可见，增大像素尺寸是最简单有效的做法。
C 电荷转移
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。
CCD的基础知识
CCD的基础知识CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。
可以称为CCD 图像传感器,也叫图像控制器。
CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
CCD的作用就像胶片一样，但它是把光信号转换成电荷信号。
CCD 上有许多排列整齐的光电二极管，能感应光线，并将光信号转变成电信号，经外部采样放大及模数转换电路转换成数字图像信号。
1.功能特性CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。
因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。
CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。
线阵CCD通常将CCD内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。
所需相数由CCD芯片内部结构决定，结构相异的CCD可满足不同场合的使用要求。
线阵CCD 有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。
它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像（线阵CCD如右图所示）。
面阵CCD 的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。
2.性能参数2.1光谱灵敏度CCD的光谱灵敏度取决于量子效率、波长、积分时间等参数。
量子效率表征CCD芯片对不同波长光信号的光电转换本领。
数码相机基本知识
1、CCD，英文全称：Charge-coupled Device，中文全称：电荷耦合元件。
可以称为CCD 图像传感器。
CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
CCD上植入的微小光敏物质称作像素（Pixel）。
一块CCD上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
CCD的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。
经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。
CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，现在市场上所说的CCD和CMOS其实都是CCD，只不过是加工工艺不同，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。
TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。
CCD广泛用于工业，民用产品北京时间2009年10月6日，2009年诺贝尔物理学奖揭晓，瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布将该奖项授予一名中国香港科学家高锟(Charles K. Kao)和两名科学家维拉·博伊尔(Willard S. Boyle)和乔治·史密斯（George E. Smith）。
科学家Charles K. Kao 因为“在光学通信领域中光的传输的开创性成就” 而获奖，科学家因博伊尔和乔治-E-史密斯因“发明了成像半导体电路——电荷藕合器件图像传感器CCD” 获此殊荣。
2、数码相机，英文全称：Digital Still Camera (DSC)，简称：Digital Camera (DC)，是数码照相机的简称，又名：数字式相机。
数码相机，是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。
按用途分为：单反相机，卡片相机，长焦相机和家用相机等。
优点：1、拍照之后可以立即看到图片，从而提供了对不满意的作品立刻重拍的可能性，减少了遗憾的发生。
2、只需为那些想冲洗的照片付费，其它不需要的照片可以删除。
CCD技术知识
ＣＣＤ，是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写，它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素。
ＣＣＤ在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。
衡量ＣＣＤ好坏的指标很多，有像素数量，ＣＣＤ尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及ＣＣＤ尺寸是重要的指标。
像素数是指ＣＣＤ上感光元件的数量。
摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像素。
显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果ＣＣＤ没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响，因此，理论上ＣＣＤ的像素数量应该越多越好。
但ＣＣＤ像素数的增加会使制造成本以及成品率下降，而且在现行电视标准下，像素数增加到某一数量后，再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显，一般而言八十万左右的像素数对拍摄动态画面已经足够了。
ＣＣＤ尺寸是指ＣＣＤ芯片的对角线尺寸，用英寸表示，如1/2寸，1/4寸等。
一般说ＣＣＤ尺寸越大越好，ＣＣＤ尺寸越大其灵敏度就越高，在光线比较暗的时候拍摄的效果就比较好。
但ＣＣＤ尺寸越大，其成本就越高，而且相应的镜头尺寸也较大，不利于摄像机体积的减小。
随着技术的发展，现在小尺寸的ＣＣＤ其灵敏度也在不断地提高。
单ＣＣＤ摄像机是指摄像机里只有一片ＣＣＤ并用其进行亮度信号以及彩色信号的光电转换，其中色度信号是用ＣＣＤ上的一些特定的彩色遮罩装置并结合后面的电路完成的。
由于一片ＣＣＤ同时完成亮度信号和色度信号的转换，因此难以两全，使得拍摄出来的图像在彩色还原上达不到专业水平很高的要求。
为了解决这个问题，便出现了３ＣＣＤ摄像机。
３ＣＣＤ，顾名思义，就是一台摄像机使用了３片ＣＣＤ。
我们知道，光线如果通过一种特殊的棱镜后，会被分为红，绿，蓝三种颜色，而这三种颜色就是我们电视使用的三基色，通过这三基色，就可以产生包括亮度信号在内的所有电视信号。
什么是CCD立体相机
什么是CCD立体相机百科名片立体相机立体相机是进行立体成像的关键组成部分。
由于在日常生活中很难接触到，一般人可能会对立体相机感觉比较陌生，但事实上这项技术已经诞生很久了。
早在古希腊时代，欧几里德就已经发现，人们左右眼所看到的景物是不同的，这也是人们能够洞察立体空间的主要原因，用现代术语就是双眼视差(binocular parallax),这也是立体影像的基本原理。
嫦娥一号的立体眼镜所谓立体测绘，就是对物体表面进行全范围的测绘。
目前世界上主流测绘方式包括：立体观测、雷达干涉测量和激光扫描测绘。
其中，立体观测技术最为成熟，已经有了100多年的研究历史,毫无疑问也是当今各国用于月球立体测绘的首选通用型技术。
立体观测使用人眼左右视差的视觉原理来获取三维信息。
嫦娥一号为此就搭载了1台CCD立体相机和1个激光高度计，组成1套“立体眼镜”。
概述由于月球表面坎坷不平，普通相机所拍摄到的平面图像不能获得视线深度方向上的影像数据，因此需要使用立体相机。
静态景物拍摄和动态景物拍摄两大类立体成像的拍摄可分为静态景物拍摄和动态景物拍摄两大类。
静态景物的拍摄，只需要使用一部照相机，在某一个位置角度先拍一张照片，然后平行移动照相机一段距离再拍一张，这样就得到了一组具有视差的立体照片。
动态景物的拍摄，则需要利用特殊的立体相机（如双镜头相机），或者两部照相机一次同时拍摄两张照片。
早期技术早期的立体成像技术主要依靠传统照相机来拍取一组立体照片，并且透过立体镜来重现立体影像。
由于ccd立体相机传统立体照相制作繁琐、不易流通等因素，仅限于专业摄影及少数特殊的领域，无法像传统的平面照相一样深入各层面。
随着科学技术的突飞猛进和CCD数码相机的出现，立体影像的技术与应用有了突破性发展。
CCD立体相机2007年10月24日，嫦娥一号探月卫星在西昌卫星发射中心成功发射，奔向距离地球约38万公里外的月球。
本次探月，普通人也有望看到月球的真实面貌，这都归功于——立体影像技术。
ccd摄像机基础知识-相关技术-远飞
ccd摄像机基础知识-相关技术-远飞ccd摄像机基础知识前言什么是ccd？在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或ccd（charge coupled device）即电荷耦合元器件。
严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是ccd，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，ccd能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄象元件。
是代替摄像管传感器的新型器件。
摄物体的图像经过镜头聚焦至ccd芯片上，ccd根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
这个标准的视频信号同家用的录像机、vcd机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。
第一章摄像机发展史第一节ccd发展简史ccd产品问世已有30多年，从当时的20万像素发展到目前的500—800万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了巨大的发展，可以说是在平稳中逐步提高，特别是近几年来，在消费领域中的应用发展速度更快。
由于ccd的技术生产工艺复杂，目前业界只有索尼、飞利浦、柯达、松下、富士和夏普６家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商应是索尼，飞利浦和柯达，其中，在各厂商市占率方面，索尼以50％的市占率，成为市场领导厂商。
索尼从70年代研发ccd以来，即将其广泛运用在摄录放影机及广播电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼的研发水平仍是领先于其它公司之上目前的ccd组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到1/10以下。
CCD以及镜头入门知识
电信号经过放大和调 整，最终输出为可视 化的图像数据。
光子与CCD传感器上 的像素发生相互作用， 将光信号转换为电信 号。
光电荷转移原理
当光线照射到CCD传感器上时， 每个像素会吸收光子并产生电 子。
电子被收集并存储在像素的势 阱中，形成电荷包。
电荷包通过一系列的转移和放 大，最终输出为图像数据。
画面模糊
可能是由于镜头对焦不准或手抖 等原因引起的。可以尝试重新对 焦或使用三脚架等稳定拍摄设备
来避免手抖。
画面扭曲
可能是由于镜头畸变引起的。可以 在相机设置中选择适当的畸变校正 模式，或者在后期处理软件中进行 畸变校正。
噪点过多
可能是由于传感器像素尺寸较小或 曝光时间过长等原因引起的。可以 尝试增加传感器尺寸或减少曝光时 间来改善。
THANKS
感谢观看
镜头的光圈与景深
光圈越大，进光量越多，景深越浅（ 背景虚化），适合人像和静物拍摄。
光圈越小，进光量越少，景深越深（ 前后景清晰），适合风景和集体照拍 摄。
镜头的光学性能参数
分辨率
表示镜头能够捕捉到的细节数 量。
畸变
表示镜头对直线和平行线的扭 曲程度。
对比度
表示镜头在不同光线条件下捕 捉图像的能力。
信号读取与处理
每个像素的电荷包经过放大器放大， 转换为电压信号。
数字信号经过图像处理引擎的处理， 包括噪声抑制、色彩校正、白平衡等， 最终输出为高质量的图像数据。
电压信号经过模数转换器（ADC）转 换为数字信号。
03
镜头基础知识
镜头的分类
01
02
03
04
定焦镜头
焦距固定，不可调节，成像质 量稳定。
变焦镜头
CCD相机的知识简介
Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer
Interline Transfer Serial Register
Preamplifier
Active Array
Output Node
1. Interline transfer
Interline Transfer Serial Register
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。
3. 电荷转移
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。
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
二、CCD 和 CMOS 的比较
1. 由于上面所说的结构，CCD的电路更改更方便。而由于
CMOS的过分集成，电路更改不方便，但可靠性高。
2. CMOS功耗小。
3. CMOS噪声大。
4.
CCD信噪比的典型值一般为45－55dB。 CMOS传感器
二、CCD 和 CMOS 的比较
因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量工业 及广播级摄像机都使用CCD传感器，CMOS传感器一般用于低 端产品。在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色 彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性 一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也不太好。
ccd检测原理
ccd检测原理CCD检测原理。
CCD（Charge-Coupled Device）是一种广泛应用于光学成像和光谱分析的半导体器件。
它利用光电效应将光信号转换为电信号，并通过电荷耦合传输技术将电荷信号传输到读出电路，从而实现光信号的检测和成像。
下面将介绍CCD检测原理的相关知识。
一、光电效应。
光电效应是指当光照射到半导体材料上时，光子的能量被传递给半导体中的电子，使得电子从价带跃迁到导带，产生电子-空穴对。
这一过程将光能转化为电能，是CCD检测原理的基础。
二、电荷耦合传输技术。
CCD中的光电子被收集到感光区域后，需要通过电荷耦合传输技术将电荷信号传输到储存区域和读出电路。
这一过程是通过逐行逐列的方式进行的，确保每个像素点的电荷信号都能被准确读出。
三、像素结构。
CCD的成像区域被划分为许多微小的像素，每个像素都包含一个光敏单元和相应的电荷传输结构。
当光照射到感光区域时，每个像素的光信号都会产生相应的电荷，这些电荷将被逐行逐列地传输到储存区域和读出电路，最终形成一幅完整的图像。
四、信号放大和数字化。
CCD读出电路会对传输过来的电荷信号进行放大和转换，将其转化为数字信号。
这一过程包括信号放大、模数转换和数字输出等步骤，最终得到一幅由数字信号组成的图像。
五、应用领域。
CCD检测原理在各种领域都有着广泛的应用，包括数字摄像机、天文望远镜、医学成像、光谱分析等。
它的高灵敏度、低噪声和良好的线性响应特性使得它成为光学成像和光谱分析领域不可或缺的核心技术。
六、总结。
CCD检测原理是基于光电效应和电荷耦合传输技术的，通过感光区域、电荷传输结构、读出电路等部分的协同作用，实现了光信号的检测和成像。
它在现代科学技术中有着重要的地位和应用前景，对于推动光学成像和光谱分析技术的发展具有重要意义。
CCD以及镜头入门知识
工业相机与镜头
厦门力和行光电技术有限公司
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工业数字相机基本知识 镜头基本知识 光路计算
工业数字相机基本知识
感光器件类型
分为两大类，CCD器件和CMOS器件
CCD 设计 单一感光器,集中统一放大 CMOS 每个感光器连接放大器
灵敏度
成本 解析度 噪点比 功耗比
同样面积下高,感光开口小
线路品质影响程度高，成本高 连接复杂度低，解析度高 单一放大，噪点低 需外加电压，功耗高
CV-S200C
CV-S200M
CV-H500C
CV-H500M 61.2ms 65MHz*2ch 数字串行传输 7.1mm
58.5ms 40MHz 数字序列传输 5.3mm
CCD的选型
1检测精度 检测精度（mm/pixel）=Y方向的视野 /CCD在Y方向上的像素数 执行缺陷检测和尺寸检测时的最小可检测物体 尺寸为4个像素的正方形，尺寸容差为±5个像 素。 2色彩选择 色调变化时选择彩色，亮度变化可选黑白 3根据传输时间选择高速型或标准型 4根据CCD尺寸选择超小型或标准型
灵敏度低
CMOS整合集成，成本低 新技术解析度高 放大器多,特性不同，噪点高 直接放大，功耗低
工业数字相机基本知识
按用途分类
分为机器视觉相机和安防监控相机两大类
机器视觉 触发采集模式 分辨率 程序接口 价格 数据传输接口 含有触发采集接口 从高到低都有，很丰富 有完善的程序开发库，尤其对 图像捕捉功能支持很齐全 贵 各种类型都有，USB，千兆以 太网，CameraLink，1394等等 安防监控 无触发采集接口 一般较低 一般只有连续视频捕捉功能 很便宜 目前以模拟接口为主，数字接口较少
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CCD摄像机常见性能和主要性能指标
关键字：监控监控摄像机摄像机CCD摄像机监视器CCD摄像机常见性能和主要性能指标（一）摄像机清晰度清晰度数是衡量摄像机优劣的一个重要参数，它指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的最多线数。
当超过这一线数时，屏幕上就只能看到灰蒙蒙的一片而不能再辨出黑白相间的线条。
工业监视用摄像机的分辨率通常在380〜460线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到700线左右。
清晰度是由摄像器件像素多少决定的，显然摄像器件的像素越多，得到的图像越清晰，反之也然。
清晰度越高，说明摄像机档次越高，反之越低。
（二）摄像机最低照度最低照度是最低照度是当被摄景物的光亮度低到一定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的景物光亮度值。
一般彩色摄像机的最低照度为2〜3LUX 照度的测定是以在一定的镜头光圈系数为前提，因此，不能只看摄像机说明书中标明的最低照度，应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。
最低照度越小，摄像机档次越高。
相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机由于没有色度处理而只对光线的强弱（亮度）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低，一般可做到0.1LUX在F1.4时，至于微光摄像机则更低。
有关光圈系数的知识请参阅镜头一节。
视频信号的标称值为1Vp-p，标准值为0.7Vp-p，最低照度时的视频信号值为1/3到1/2的标准植。
所以摄像机在最低照度时的图像，决不会“如同白昼一样”。
另外，摄像机在最低照度时产生的图像清晰度，是用电视信号测试卡进行测式的，其黑白相间的条纹，要求黑色反射率近于0%白色反射率大于89.9%。
而我们在现场观察时有时不具备这样的条件，比如：树叶和草地的反射率很低，反差很小，就不易获得清晰图像。
因此实际使用当中不能以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。
（三）摄像机信噪比信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。
当摄像机摄取较亮场景时，监视器显示的画面通常比较明快，观察者不易看出画面中的干扰噪点；而当摄像机摄取较暗的场景时，监视器显示的画面就比较昏暗，观察者此时很容易看到画面中雪花状的干扰噪点。
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什么是CCD？CCD即“电子耦合组件(英文为Charged Coupled Device)”，是感应光线的电路装置。
它是一种特殊半导体器件，上面有很多一样的感光元件，每个感光元件叫一个像素，铺满在光学镜头后方，当光线与图像从镜头透过，投射到CCD表面时，CCD就会产生电流，将感应到的内容转换成数码资料储存起来。
现在科学级的摄像头比前几年更尖端，应用领域也更广了。
在生物科学领域，从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统，都用到了CCD的摄像头。
下面对CCD的一些常见指标进行表述。
1、什么是数字摄像头所有CCD芯片都属于模拟的设备。
当图像进入计算机是数字的。
如果信号在摄像头、采集卡两部分完成数字化的，这个CCD被认为是模拟CCD。
数字摄像头事实上是由内置于摄像头的数字化设备完成数字化过程，这样可以减少图像噪音。
与模拟摄像头相比，数字摄像头提高了摄像头的信噪比、增加摄像头的动态范围、最大化图像灰度范围。
科学级的绝大多数的CCD芯片都是由Kodak、Sony、SIT制造。
2、评价CCD的基本指标 像素值、信躁比、冷却温度等a、信噪比SNR真实体现摄像头的检测能力。
所有的CCD摄像头的厂家为提高摄像头的性能，都尽力使信号（可达到满井电子的数目）最大同时尽可能减少噪音。
SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit数在相同满井电子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的监测能力，热或者暗电流对于CCD都是噪音，噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。
在曝光超过5-10秒，CCD芯片就会发热，没有致冷设备的芯片，“热”或者白的像素点就会遮盖图像，图像到处可见雪花。
-20度的摄像头可以拍摄高达5分钟的图像，-40度的摄像头拍摄时间可以超过1小时。
CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。
通过改善结构、优化方法，同样能减少噪音的产生。
典型的真16bit的摄像头（能检测65536级灰度）都有很大的像素点（16-30um）。
然而这些摄像头非常贵，同时图像数据很大，传输速度很慢。
在基因组和蛋白组研究中，16bit的摄像头在捕获DNA和蛋白图像上不太实用，一般用于深度太空的专业天文学研究。
真实的16bit的CCD,24um*24um的像素点,1”大小只能有50万像素点。
B、像素面积这个指标是在芯片的一个重要指标。
像素面积越大、对光越灵敏。
因为像素点面积有更多电子，能产生更多信号。
在1/2”、2/3”、1”的芯片上，像素点越大，像素越少。
会影响空间分辨率。
大像素点增加灵敏度、小的像素点增加分辨率。
要提高影像质量就必须增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情况下，增加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。
我们知道单位像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄，因此这种方法不能无限制地增大分辨率，所以，如果不增加CCD 面积而一味地提高分辨率，只会引起图像质量的恶化。
但如果在增加CCD像素的同时想维持现有的图像质量，就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大CCD的总面积。
而目前更大尺寸CCD加工制造比较困难，成品率也比较低，因此成本也一直降不下来，这一矛盾对于CCD而言是难以克服的相同数目的像素，排列越密集，像素之间就越容易出现电流干扰，容易出现“噪点”等干扰成像质量的现象出现。
所以尺寸越大越好，当然成本也会随之提高――并且不是成比例提高，而是以几何级数向上提8bit-CCD可以达到30帧/每秒，基本可以认为是同步的。
不论模拟或数字的CCD，超过15帧可以接受。
应用差别有以下几点:1.数字CCD 是电子藕荷元件其可以直接和电脑连接,并可以在图象分析软件中直接对CCD 进行 控制拍摄.2.拍摄动态物体的过程CCD在拍摄时间及拍摄速度方面要优于数码相机.3.从操作过程来说使用CCD比使用数码相机要简便得多,所以一般只要经费较充足或研究级都是 考虑CCD的.如何区别1394卡与图像采集卡答：一般认为，采集卡是将模拟信号进行数字化传入计算机的接口卡，也就是它接受的是摄像录像设备的视频输出的模拟视频信号，并将其进行处理转换为数字信号。
而1394卡可以理解为只是数码摄像机与计算机之间的一个数字通道，它并不对摄像机传入的信号进行任何处理。
由于采集卡结构比1394卡复杂，其价格要高于1394卡。
问：通过1394卡连接摄像机需要专门的驱动程序吗？答：Windows操作系统从Win98第二版以后的操作系统已经开始对1394接口以及连接的设备开始了全面的支持，绝大部分的1394卡都不需要安装额外的驱动程序，松下的所有数码摄像机通过1394接口与计算机连接也不需要额外的驱动。
如果您的计算机与摄像机连接后发现计算机提示安装失败往往是由于计算机的配置或软件方面发生了冲突造成的。
需要特别说明的是：如果您是在WinXP SP1下使用松下ＮＶ－ＥＸ３型号的摄像机，由于操作系统有一个缺陷可能造成无法识别，您可以到微软的网站上下载并安装相应的补丁，除了此型号以外的摄像机都没有任何问题。
问：我的计算机没有1394接口但有USB接口，是否可以购买一根一端是USB，一端是1394接口的连线将这两个接口连起来使用？答：千万不要这样使用！USB接口与1394接口是完全不同的两种接口，其传输协议以及电压都不相同，现在市面上有一种一端是USB插头，另一端是1394插头的连接线，只是将里面的4个接点用线连起来而已，没有任何协议转换。
当使用这样的连接线的时候，计算机往往会提示发现新的硬件，其实设备根本无法工作。
同时由于USB插孔里面的4根线里有一对电源，而摄像机DV插头的4根线全是数据线，这样连接极易将摄像机的1394驱动电路烧毁，因此千万不要使用！1394卡是计算机的附件，因此在所有销售计算机配件的商店都有销售。
由于1394卡只是计算机与摄像机之间的一个数据传输的通道因此其电路结构十分简单，尽管有很多品牌但品质大同小异，一般台式机的100元左右的产品就可以使用，笔记本的PCMCIA格式的1394卡在200到300元。
CCD摄像机小知识与CMOS摄像机区别CCD摄像机1. 什么是CCD摄像机？CCD是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。
2. CCD摄像机的工作方式被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
3. 分辨率的选择评估摄像机分辨率的指标是水平分辨率，其单位为线对，即成像后可以分辨的黑白线对的数目。
常用的黑白摄像机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。
一般的监视场合，用4 00线左右的黑白摄像机就可以满足要求。
而对于医疗、图像处理等特殊场合，用600线的摄像机能得到更清晰的图像。
4. 成像灵敏度通常用最低环境照度要求来表明摄像机灵敏度，黑白摄像机的灵敏度大约是0.02-0.5Lux(勒克斯)，彩色摄像机多在1Lux以上。
0.1Lux的摄像机用于普通的监视场合；在夜间使用或环境光线较弱时，推荐使用0. 02Lux的摄像机。
与近红外灯配合使用时，也必须使用低照度的摄像机。
另外摄像的灵敏度还与镜头有关，0.97Lux/F0.75相当于2.5Lux/F1.2相当于3.4Lux/F1.4。
参考环境照度：夏日阳光下100000Lux 阴天室外10000Lux电视台演播室1000Lux 距60W台灯60cm桌面300Lux室内日光灯100Lux 黄昏室内10Lux20cm处烛光10-15Lux 夜间路灯0.1Lux5. 电子快门电子快门的时间在1/50-1/100000秒之间，摄像机的电子快门一般设置为自动电子快门方式，可根据环境的亮暗自动调节快门时间，得到清晰的图像。
有些摄像机允许用户自行手动调节快门时间，以适应某些特殊应用场合。
6. 外同步与外触发外同步是指不同的视频设备之间用同一同步信号来保证视频信号的同步，它可保证不同的设备输出的视频信号具有相同的帧、行的起止时间。
为了实现外同步，需要给摄像机输入一个复合同步信号(C-sync)或复合视频信号。
外同步并不能保证用户从指定时刻得到完整的连续的一帧图像，要实现这种功能，必须使用一些特殊的具有外触发功能的摄像机。
7. 光谱响应特性CCD器件由硅材料制成，对近红外比较敏感，光谱响应可延伸至1.0um左右。
其响应峰值为绿光(55 0nm)，分布曲线如右图所示。
夜间隐蔽监视时，可以用近红外灯照明，人眼看不清环境情况，在监视器上却可以清晰成像。
由于CCD传感器表面有一层吸收紫外的透明电极，所以CCD对紫外不敏感。
彩色摄像机的成像单元上有红、绿、兰三色滤光条，所以彩色摄像机对红外、紫外均不敏感。
8. CCD芯片的尺寸CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等，成像尺寸越小的摄像机的体积可以做得更小些。
在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。
芯片规格成像面大小(宽X高) 对角线1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm什么事CMOS摄像机？和CCD摄像机有何不同？？答：CMOS传感器是一种通常比CCD传感器低10倍感光度的传感器。
因为人眼能看到1Lux照度（满月的夜晚）以下的目标，CCD传感器通常能看到比人眼略好在0.1~3Lux，是CMOS传感器感光度的3到10倍。
更多：CMOS传感器的感光度一般在6到15Lux的范围内，CMOS传感器有固定比CCD传感器高10倍的噪音，固定的图案噪音始终停留在屏幕上好象那就是一个图案，因为CMOS传感器在10Lux以下基本没用，因此大量应用的所有摄像机都是用了CCD传感器，CMOS传感器一般用于非常低端的家庭安全方面。
有2个例外，CMOS传感器可以做得非常大并有和CCD传感器同样的感光度，CMOS传感器非常快速，比CCD传感器要快10到100倍，因此非常适用于特殊应用如high ens DSC camera ( Cannon D-30 )或者高帧摄像机。
CMOS传感器可以将所有逻辑和控制环都放在同一个硅芯片块上，可以使摄像机变得简单并易于携带，因此CMOS摄像机可以做得非常小。
CMOS摄像机尽管耗能同样或者高于CCD摄像机，但是CMOS传感器使用很少的圆环如CDS, TG和D SP环，所以同样尺寸的总能量消耗比CCD摄像机减少了1/2到1/4。