1.CCD传感器
CCD(Charge-coupled Device)传感器又叫作电荷耦合器件图像传感器,该传感器是最早由美国科学家在20世纪70年代提出的概念,它是一种特殊的传感器,绝大多数传感器最后的输出结果是以电压信号或电流信号呈现,而CCD传感器输出的结果是电荷信号,这就是它的特殊之处。CCD传感器的特点是像素集成度高、体积小、功耗小、灵敏度高、性能稳定、抗冲击等,目前已经被广泛应用在非接触测量和图像识别等领域。
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2.CCD传感器工作原理
CCD传感器的工作实际上就是电荷运动的过程,主要包括电荷的产生、存储、转移和检测,其中最主要的就是电荷的存储和转移这两个过程。MOS电容器或者光电二极管是CCD传感器的基本组成单元,其基本构成单元包含了传感器的所有功能。
当电容器两端加上正向偏置电压时,因空穴载流子带正电,正电荷会对其发生排斥,其会被排斥到半导体区域之外,会产生一处带大量负电荷的空间,该区域被为耗尽区,因具有电场强度梯度,可以收集电荷,所以也称势阱。在工作时,当CCD接收到光信号,MOS电容器的势阱中便会流入光子,电子所在的区域因吸收了光子的能量变得灵活,可以让电场进一步吸引电子,另外排斥空穴,从而实现光子到电子电荷的转换。通常情况下,入射光子的数量与势阱中收集到电荷数量呈线性关系,因而可以光子的数据可以通过对电荷的数量的检测来算出。
3.CCD传感器类型
(1)线阵CCD
线阵CCD:用一排像素扫描过图片,做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝
三色滤镜,正如名称所表示的,线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像,线性阵列,处理高分辨率的图像时,受局限于非移动的连续光照的物体。
(2)面阵CCD
面阵CCD的结构一般有3种。第一种是帧转性CCD。它由上、下两部分组成,上半部分是集中了像素的光敏区域,下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数,缺点是CCD尺寸较大,易产生垂直拖影。第二种是行间转移性CCD。它是CCD的主流产品,它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上,其特点是在1个单片上,价格低,并容易获得良好的摄影特性。第三种是帧行间转移性CCD。它是第一种和第二种的复合型,结构复杂,但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。
(3)三线传感器CCD
三线传感器CCD:在三线传感器中,三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜,当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机,以产生高的分辨率和光谱色阶。
交织传输CCD:这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化,允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。
(4)全幅面CCD
全幅面CCD:此种CCD具有更多电量处理能力,更好动态范围,低噪音和传输光学分辨率,全幅面CCD允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像,并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行,直到所有的信息传输完毕。接着,系统进行精确的图像重组。
目前广泛应用的CCD传感器主要有两大类,即线阵CCD传感器和面阵CCD传感器。
以上梳理了CCD传感器的定义、类型及工作原理,希望对你有所帮助,如果你想了解更多相关内容,敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。
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