线阵CCD和面阵CCD基本结构

2021年10月25日ccd291阅读模式

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

线阵CCD结构

线阵CCD结构(左为单通道、右为双通道)

图1所示就是两种较典型的线阵CCD,通常是由512、1024、2048、4096等个像敏元呈一维排列。光敏阵列与转移区——移位寄存器是分开的,移位寄存器被遮挡。

在图1中左侧所示的单通道线阵CCD中,当转移脉冲到来时,线阵光敏阵列势阱中的信号电荷并行转移到同一个CCD移位寄存器中,最后在时钟脉冲的作用下一位位地移出器件,形成视频脉冲信号,而在图1中右侧所示的双通道线阵CCD中,当转移脉冲到来时,线阵光敏阵列势阱中的奇偶位的信号电荷分别并行转移到不同CCD移位寄存器中,最后再合并为视频信号输出,这样可以提高传输速度,目前不仅有双通道,甚至有四通道、八通道的线阵相机以加速线阵CCD的传输速度。

ccd传感器

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

面阵CCD结构

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)

而对于面阵CCD相机,顾名思义其像元呈二维阵列分布,图2所示为三种典型的面阵CCD结构,最左边为桢转移型面阵CCD,它由成像区、暂存区和水平读出寄存器三部分构成,它的光存储区域与光敏像素区域分开,因此能够有较大的填充因子和较高的势阱容量模传递函数MTF较高的优点,帧转移型CCD的缺点就是快门速度不快,并且制造的体积要稍大,就增加了成本;

中间的为全帧型面阵CCD,当积分完成后通过快门屏蔽入射光然后开始进行行转移,他可以具有比较大的光敏区域比例;

最右边为行间转移型CCD,每列像敏单元的旁边都有一个垂直移位寄存器,行间转移CCD只需要约1uS的时间就可完成光电荷至垂直移位寄存器的转移,从而很好地解决了帧转移CCD因转移速度不够快而带来的图像模糊问题。同时,由于行间转移CCD的垂直移位寄存器所占的面积均被遮蔽,所以其对输入光的利用率以及像素密度相对较低。

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