ccd传感器

2021年10月25日ccd 传感器1,575阅读模式

CCD传感器是电荷藕合器件的简称,它使用一种高感光度的半导体材料制成,CCD具有光电转换、信号储存、转移(传输)、输出、处理以及电子快门等多种独特功能,CCD传感器能把光线转变成电荷,通过模数转换器芯片转换成数字信号,数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存,因而可以轻而易举地把数据传输给计算机,并借助于计算机的处理手段,根据需要和想像来修改图像。

CCD传感器原理

ccd传感器

CCD传感器是一种新型光电转换器件,它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时,其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。

它主要由光敏单元、输入结构和输出结构等组成。它具有光电转换、信息存贮和延时等功能,而且集成度高、功耗小,已经在摄像、信号处理和存贮3大领域中得到广泛的应用,尤其是在图像传感器应用方面取得令人瞩目的发展。

CCD有面阵和线阵之分,面阵是把CCD像素排成1个平面的器件;而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。由于在军事领域主要用的是面阵CCD,因此这里主要介绍面阵CCD。

CCD传感器种类

面阵CCD传感器

面阵CCD结构

面阵CCD结构(左为桢转移、中为全桢转移、右为行间转移)

允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。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。

线阵CCD和面阵CCD基本结构

CCD的光敏区域有一维线阵排列和二维面阵排列两种,与其对应的就是线阵(线扫描)相机和面阵(面扫描)相机。

线阵CCD和面阵CCD基本结构

线阵CCD传感器

线阵CCD结构

线阵CCD结构(左为单通道、右为双通道)

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。

三线CCD传感器

三线CCD传感器

在三线CCD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传感器

这种CCD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拍摄动画的广播拍摄机。

全幅面CCD传感器

此种CCD传感器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。

测光

数码相机的测光系统一般是测定被摄对像反射回来的光亮度,也称之为反射式测光。测光方式按测光元件的安放位置不同一般可分为外测光和内测光两种方式。

测光

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。

CCD传感器的应用

1.小型化黑白、彩色TV摄像机

2.传真通讯系统

3.光学字符识别

4.工业检测与自动控制

5.医学标本分析与检测(如血细胞分析仪)

6.天文观测

7.军事

最后总结一下:CCD传感器是一种新型光电转换器件。其中又可以分为面阵CCD、线阵CCD、三线传感器CCD等等,正是有了传感器,才能辅助我们更简单方便的拍摄出好看的照片。现在的摄像机技术如此高级,离不开这些硬件的支持。

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