CCD相机的特点|参数

　　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相机的主要特点

　　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。

CCD相机的主要参数

　　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相机中热电子形成暗电流。暗电流会影响系统性能。

　　2、线性度

　　所谓线性度，是指CCD相机产生的电信号与入射和线性关系。在典型的视频或TV应用中，人们并不关心系统的线性度，高达20%的偏差是允许的。然而，在成像科学领域中，响应的线性是必须考虑的重要参数，理想情况下，每一个像素都可视为一个高保真的光子测量器件;它产生的电信号与入射光的强度成精确的正比。

　　3、动态范围

　　动态范围是指CCD相机可观察图像的照度范围。它可用数字化的灰度来表示：8bit、12bit等。动态范围决定了Z小可分辨光强，是选择某些应用场合所需相机的关键参数。许多相机和成像系统的分辨率是按照电路给出的，但这并不能反映系统的实际情况，例如，由一个模拟视频相机和采集卡抽组成系统的分辨率通常是按照采集卡的分辨率来定义的有效的分辨率，通常由视频相机的噪声或线性度所限制。

　　4、噪声特性

　　CCD相机的电路噪声是限制相机灵敏度和分辨率的主要因素。一个设计良好的高性能CCD相机，噪声通常只是视频相机的百万分之一到千分之一。

　　5、像素响应不均匀性

　　造成不均匀性的原因是多种多样的，硅材料本身的质量以及CCD的生产工艺造成的不均匀性是无法改变的，如沟道掺杂浓度不均匀、表面态密度分布不均匀以及栅氧化物厚度不同造成的开启电压不同，感光单元有效面积不同，从而引入了固定模式噪声，表现为暗电流及光电响应的不均匀性。

　　6、信噪比

　　信噪比的大小与CCD相机的成像质量有很大的关系，是CCD相机的一个重要参数。

　　7、灵敏度

　　灵敏度是CCD相机的Z为重要参数之一，它具有两种物理意义。一种是表示光电器件的光电转换能力，与响应率的意义相同。

　　对于给定芯片尺寸的CCD相机来说，其灵敏度可用单位光功率所产生的信号电流表示，单位可以为纳安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦(V/W)、伏/勒克斯(V/Lux)、伏/流明(V/lm)。光辐射能流密度在光度学中常以照度Lux表示。

　　在有的资料中，也用mV/lx·s来表示CCD相机的灵敏度，严格说来，这是CCD相机图像传感器的响应度，即单位曝光量所得到的有效信号电压，它反映了CCD相机图像传感器的灵敏度和输出级的电荷/电压转换能力。另一种是指器件所能传感的Zdi辐射功率(或照度)，与探测率的意义相同。单位可用瓦(W)或勒克斯(Lux)表示。

　　8、分辨率

　　分辨率是图像传感器的重要特性。与采用电子束扫描方式的电真空摄像管的结构不同，CCD相机图像传感器采用自扫描方式，每个光敏单元都被隔开较大的距离。

　　CCD相机的光电转换实质上是由空间上分立的光敏单元对光学图像进行抽样。光敏单元呈周期性排列，假设要摄取的光学图像是沿水平方向光强(亮度)为正弦分布的条状图像，经CCD相机的光敏单元进行光/电转换，所得的信号在时间轴方向也为正弦波信号。

　　根据奈氏抽样定理，CCD相机的极限分辨率是空间抽样频率的一半，因此，CCD相机原分辨率主要取决于CCD芯片的像素数。其次，还受到传输效率的影响。高集成度的光敏单元可获得高分辨率，但光敏单元尺寸的减少将导致灵敏度降低。一些新的工艺结构的应用(如双层像感结构)可在范围内提高CCD相机的灵敏度。