CCD相机的原理|特点|选购

　　CCD技术在影像传感中的应用Z为广泛，已成为现代光电子学和测试技术中Z活跃、Z富有成果的领域之一。CCD是理想的相机元件，以其构成的CCD相机具有体积小、重量轻、不受磁场影响、具有抗震动和撞击之特性而被广泛应用。

　　CCD是70年代初发展起来的新型半导体光电成像器件。美国贝尔实验室的Boyle和Smith于1970年提出了CCD的概念，随后建立了以一维势阱模型为基础的非稳态CCD的基本理论。

　　CCD本身是一种半导体器件构思上的创新。因为CCD基本参数是电荷，不是电流或电压。这就在其间的外电路及信号处理方面引进了令人感兴趣的新概念和新技术。CCD技术是一项具有广泛应用前景的新技术，CCD技术取得的惊人进展足以说明这一点。CCD一经出现，人们对他在摄像、信号处理和存储三大领域的应用十分重视。特别是在传感器方面的应用取得了令人瞩目的发展，已成为现代光电及现代测试技术中Z活跃、Z富有成果的新兴领域。

pco.1600高灵敏度CCD相机（点击图片查看更多产品详情）

　　CCD图像传感器因具有图像识别、图像获取等功能及其像元尺寸小(低费用)、低噪声、低暗电流、高灵敏度、宽光谱响应等优点，使其迅速并广泛应用于各个领域，在军事应用方面，如用于目标定位、空间遥感、精确制导、卫星侦察、军事电子对抗等;在天文物理学方面，用于对行星的观察和对宇宙射线的探测;在民用方面，如气象卫星、资源卫星利用CCD来获取资源、气象信息，还可以用于工业检测和监控、医学诊断，目前几乎所有的市售视频摄像机都是基于CCD的，如CCD相机等。

　　而且CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，在现代光子学，光电检测技术和现代测试技术领域中，成果累累，方兴未艾。

　　1、用CCD相机拍摄景物时，景物反射的光线通过CCD相机的镜头透射到CCD上。

　　2、当CCD曝光后

　　随着科技的进步，CCD相机及其应用技术的研究也取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。含格状排列像素的CCD应用于工业相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。

　　CCD相机具有很多优点，从外观上来看，它的体积小且重量轻;从能耗上来看，它属于低功耗器件;从性能上来说，它输出方便，且受外界干扰程度低。

　　①CCD相机具有较高的灵敏度。CCD的单元光量子产率很高，当光正面照射时，其产率达到百分之二十：当光背部照射时，且采用减薄式的CCD，其产率可达到百分之九十。

　　②CCD相机具有高精度的光敏元几何位置和高空间分辨率。

　　③CCD相机具有宽范围的光谱响应。通常情况下，CCD相机的有效工作波长范围在400nm-1100nm之间，800nm约为它的Zda响应。在紫外线照射区域内，硅片本身也会吸收，这样就导致量子效率降低。如果光背部照射且采用减薄式的CCD，100nm为其工作波长极限值。

　　④CCD相机具有宽范围的动态响应。通常情况下，CCD的有效动态响应在4-8个数量级范围内。

　　⑤CCD相机具有抗过敏度曝光性能。CCD不会因为光强而致使芯片损坏，它只会使光敏元饱和。

　　⑥CCD相机不但可抗强光，也可以在低光条件下进行信号采集工作，且实现光电转换和信号输出。

　　⑦CCD相机可监测快速移动的物体，只需选择小积分时间。

　　⑧由于CCD相机很易于和其它设备相联接，所以能组成一个多功能的自动化检测系统。

　　CCD相机的好坏主要区别在于它的性能，表现在噪声低、灵敏度高、量子效率高、线性度好、动态范围大、像素响应均匀性和空间分辨率高等方面，其中一些特性，比如灵敏度、线性度和动态范围与相机扫描速度(即读出速度)直接相关的。

　　1、暗电流

　　所有的硅器件都会产生暗电流，其原因在于少数载流子的激发产生了许多热电子，在CCD相机中热电子形

　　CCD相机按照其应用领域不同，分为工业相机以及科学级相机两大种。目前，CCD相机主要应用与生物科学、天文学、化学成像、生物成像、荧光纤维成像、高速摄影等领域。

　　CCD相机的核心是电荷耦合器件(CCD芯片)，分为线阵CCD和面阵CCD两种。面阵CCD又分为三种类型，分别为行间转移(IT)型，帧间转移行(FT)和行帧间转移型(FIT)。目前常用的CCD类型为行间转移(IT)型，其图像采集分为四个步骤：①信号产生与积分;②信号垂直转移;③信号水平转移;④信号检测与图像生成。

　　CCD相机有两种图像采集模式，一种是软触发采集，另一种是外部信号触发采集。软触发模式由控制软件发出触发指令，然后进行图像采集。外部信号触发采集模式是由外部信号发生器向CCD相机发送触发采集信号，CCD相机生成图像，然后控制软件从CCD相机中采集图像。

　　通过CCD相机进行单次或连续图像采集，要求采集的图像清晰，连续采集过程中尽量不丢帧，为后续的图像处理提供高质量的图像。在实验室测试及实际应用中，发现影响主要因子有：

　　1、CCD相机连接：

　　CCD相机连上网络并正确配置后，通过生产厂商提供的软件接口，能够连接到CCD相机，同时也能断开相机连接。如果CCD相机不能正常断开，则可能影响下一次连接。

　　2、CCD图像采集：

　　图像采集有两种模式，一种是软触发图像采集，另一种是外部信号触发图像采集。软触发采集用于单个相机的单次或者连续采集。而外部信号触发采集多用于多个相机同步采集。

　　3、芯片损坏：

　　当CCD芯片局部损坏时，因为CCD的串扰效应，采集的图像中会出现贯穿整张图片的白色竖状带，极端情况下，采集的整幅图像全部为白色。

　　4、图像清晰度：

　　CCD相机拍摄设固定距离的标定物，要求能够采集到边缘清晰的图像，如果图片不清晰，将会影响图像处理的计算精度，需要通

　　CCD于1969年在贝尔试验室研制成功，其发展历程已达30多年，从初期的10多万像素发展至目前主流应用的500万像素，是理想的CCD相机元件。CCD又可分为线型与面型两种，其中线型应用于影像扫瞄器及传真机上，而面型主要应用于数码相机、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。

　　1、合适的分辨率

　　根据目标的要求精度，反推出CCD相机的像素精度。相机单方向分辨率=单方向视野范围除以理论精度。

　　例如对于视野大小为10*10mm的场合，要求精度为0.02mm/pixel，则当方向上分辨率=10/0.02=500。然而考虑到CCD相机边缘视野的畸变以及系统的稳定性要求，一般不会只用一个像素单位对应一个测量精度值，一般选择倍数为4或者更高，这样CCD相机单方向分辨率为2000，CCD相机的分辨率=2000*2000=400万，所以选用500万像素的CCD相机即可满足。

　　2、足够的相机帧率

　　当被测物体有运动要求时，要选择帧数较高的CCD相机，一般来说分辨率越高，帧数越低。

　　3、合适的镜头

　　选择支持CCD的镜头尺寸要大于等于相机CCD传感器芯片的尺寸，另外安装座是C、CS或F型接口也要匹配，同时考虑CCD相机镜头的工作距离，是否留有足够空间等。

　　1、CCD相机的工作方式是什么?

　　被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD相机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。

　　2、如何选择分辨率?

　　评估CCD相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CCD相机的分辨率一般为380-600，彩色为380-480，其数值越大成像越清晰。一般