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
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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
圖像
實物
光子 光源
光電轉換設備
放大設備 模擬量（電壓） 數字量 A/D轉換
電荷
數字採集卡
數位相機 + 數位採集卡
PC
圖像
CCD的光電轉換示意圖像 的光電轉換示意圖像
CCD 電路放大 電子 電壓
光電轉換 光子
A/D 數位信號
CCD工作原理 工作原理
Full-Frame 全像CCD
Full-Frame 全像 CCD是一种架构更简单的感光设 计。有鉴于 IL 的缺点，FF改良可以利用整个感光 区域（没有暂存区的设计），有效增大感光范围， 同时也适用长时间曝光。其曝光过程和 Interline 相 同，不过感光和电荷输出过程是分开。因此，使用 FF CCD的数位相机在传送电荷资讯时必须完全关 闭快门，以隔离镜头入射的光线，防止干扰。这也 意味着 FF 必须使用机械快门（无法使用 IL 的电子 CLOCK 快门），同时也限制了FF CCD的连续拍 摄能力。Full-Frame CCD 大多被用在顶级的数位 机背上。
Frame-Transfer 全传 CCD
CCD的圖像採集和處理 的
圖像採集和處理的過程， 圖像採集和處理的過程，最基本的是要把實物儘量真實 地反映到虛擬的圖像上 感光晶片的設計思想：就是分割被描述區域， 感光晶片的設計思想：就是分割被描述區域，用相應的 灰度填充。 灰度填充。
實物
光子 電荷 模擬量（電壓） 數字量
圖像
實物
光子 光源
光電轉換設備
放大設備 模擬量（電壓） 數字量 A/D轉換
電荷
圖像顯示設備Fra bibliotek實物光子 日光
光電轉換設備
放大設備 模擬量（電壓）
電荷
圖像
監視器 模擬相機 + 監視器
實物
光子 光源
光電轉換設備
放大設備 模擬量（電壓） 模拟量（电压）
電荷
模擬採集卡
數字量
模擬相機 + 模擬採集卡
PC存儲處理
CCD簡介 CCD簡介
ＣＣＤ(Charge Coupled Device )簡稱感光耦合元件也可以 稱為CCD圖像感測器。是一種半導體器件，能夠把光學影像轉 化為數字信號CCD上植入的微小光敏物質稱作圖元（Pixel）。 一塊CCD上包含的圖元數越多，其提供的畫面解析度也就越高。 CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像圖元轉換成數位信號。 CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，並將影像轉變成 數位信號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的 電荷轉給它相鄰的電容。