CCD摄像器件的工作原理和结构

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  zj2161990 2016-12-02 03:20:10

  CCD摄像器件使用的是CCD传感器。 结构：一个CCD图像传感器是一个由光电二极管和存储区构成的矩阵，每个成像像元由一个光电二极管和其控制的一个邻近电荷存储区组成。 原理：光电二极管将光线（光子）转换为电荷（电子），光电二极管收集到的电子总数量与光线的强度成正比。在读取这些电荷时，各列数据被移动到垂直电荷传输方向的电荷传递寄存器中。然后各列电荷传递寄存器中的电荷按行被移动到总的行电荷传递寄存器中，总的行电荷传递寄存器中每行的电荷信息被连续读出，再通过电荷/电压转换器和放大器来得到图像的信息。这种结构能够产生低噪点、高性能的图象。 一般来说，逐行扫描面阵CCD的电荷转移有以下三种形式：行间转移、帧转移、全帧转移等方式。这三种方式的工作原理又各有不同： 1、行间转移（Interline Transfer） 它的像敏单元呈二维排列，感光单元和存储单元在CCD表面上相邻排列，每列像敏单元被遮光的存储单元即垂直移位寄存器用沟道阻隔开，像敏单元与垂直移位寄存器之间又有转移控制栅。每一像敏单元对应于一个遮光的垂直移位寄存器单元。垂直移位寄存器的另一侧与另一列像敏单元也被沟道阻隔开。像敏单元的光生电荷被很快的水平转移到相邻的垂直移位寄存器，然后被垂直转移到输出寄存器中，外部电路从输出寄存器中读出电荷并转化成电压信号。 2、帧转移（Frame Transfer）CCD 帧转移面阵CCD由成像区、暂存区和水平读出寄存器三部分构成。图像首先经物镜成像到光敏区。当光敏区的某一相电极加有适当的偏压时，光生电荷将被收集到这些电极下方的势阱里，这样就将被摄光学图像转移为光积分电极下的电荷包图像。当光积分周期结束时，通过加到成像区和存储区电极上的驱动脉冲，将代表整个一帧图像的电荷全部转移到存储区中各自对应的存储单元内，称为帧转移。完成帧转移后，在读出时钟脉冲和存储时钟脉冲的作用下，存储区内的电荷以平移的方式向下移动，逐行进入读出寄存器。然后在读出寄存器中沿水平方向移动，Z后经输出电路输出。当diyi场读出的同时，第二场信息通过光积分又收集到势阱中。一旦diyi场信息被全部读出，第二场信息随之传送给寄存器，使之连续地读出。帧转移面阵CCD的结构如图所示。 3、全帧转移（Full FrameTransfer）CCD 全帧转移型的CCD光敏区占据了全部CCD芯片的绝大部分，主要用于高分辨率的应用中。这种类型的CCD传感器没有存储单元，感光单元光电转换产生电荷后，通过一个外部的快门关闭，使感光单元不再感光，电荷信息被逐行转移至水平移位寄存器，之后电荷再被转移到输出结构中，继而被转换成电压信号输出。 另外我记得我还看到过一篇科天健发表的新闻“CCD与CMOS哪种更适合工业相机市场？”里面对CCD的技术性能分析非常不错，有兴趣可以搜一搜他们进他们网站看看。以上回答希望能帮助到你。

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