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CCD
閱讀�24932時間�2011-06-01 11:22:04

  CCD(Charge-coupled Device)是一�半導�裝置,能夠把光學影像轉化為數字信�� CCD上植入的微小光敏物質稱作像素(Pixel�。一塊CCD上包含的像素數越多,其提供的畫面分辨�也就越高。CCD的作用就像膠片一�,但它是把圖像像素轉換成數字信號。CCD�攝像�、數碼相機和掃描儀中應用廣�,只不過攝像機中使用的是點陣CCD,即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖�,而掃描儀中使用的是線性CCD,它只有x一個方�,y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成�

概述

  電荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,簡稱CCD)是貝爾實驗室的W.S.Boyle和G.E.Smith�1970年發(fā)明的,由于它有光電轉換、信息存�、延時和將電信號按順序傳送等功能,且集成度�、功耗低,因此隨后得到飛速發(fā)�,是圖像采集及數字化處理必不可少的關鍵器件,廣泛應用于科學、教育、醫(yī)�、商�(yè)、工�(yè)、軍事和消費領域�

結構和工作原�

  一、CCD結構包含感光二極管、并行信號寄存器、并行信號寄存器、信號放大器、數摸轉換器等項�

  1. 感光二極管(Photodiode�

  2. 并行信號寄存器(Shift Register):用于暫時儲存感光后產生的電荷�

  3. 并行信號寄存器(Transfer Register):用于暫時儲存并行積存器的模擬信號并將電荷轉移放大�

  4. 信號放大器:用于放大微弱電信��

  5. 數摸轉換器:將放大的電信號轉換成數字信號�

  �、CCD的工作原理由微型鏡頭、分色濾色片、感光層等三�

  1. 微型鏡頭

  微型鏡頭為CCD的層,我們知�,數碼相機成像的關鍵是在于其感光�,為了擴展CCD的采光率,必須擴展單一像素的受光面�。但是提高采光率的辦法也容易使畫質下�。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼�。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定,而改由微型鏡片的表面積來決定�

  2. 分色濾色�

  分色濾色片為CCD的第二層,目前有兩種分色方式,一是RGB原色分色�,另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點。首�,我們先了解一下兩種分色法的概�,RGB即三原色分色�,幾乎所有人類眼鏡可以識別的顏色,都可以通過紅、綠和藍來組�,而RGB三個字母分別就是Red, Green和Blue,這說明RGB分色法是通過這三個通道的顏色調節(jié)而成。再說CMYK,這是由四個通道的顏色配合而成,他們分別是青(C�、洋�(M)、黃(Y)、黑(K)。在印刷�(yè)�,CMYK更為適用,但其調節(jié)出來的顏色不及RGB的多�

  原色CCD的優(yōu)勢在于畫質銳�,色彩真實,但缺點則是噪聲問�。因此,大家可以注意,一般采用原色CCD的數碼相�,在ISO感光度上多半不會超過400。相對的,補色CCD多了一個Y黃色濾色�,在色彩的分辨上比較仔細,但卻犧牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,補色CCD可以容忍較高的感光度,一般都可設定在800以上

  3. 感光�

  感光層為CCD的第三層,這層主要是負責將穿過濾色層的光源轉換成電子信號,并將信號傳送到影像處理芯片,將影像還原�

加工工藝

  CCD的加工工藝有兩種,一種是TTL工藝,一種是CMOS工藝,現在市場上所說的CCD和CMOS其實都是CCD,只不過是加工工藝不�,前者是毫安級的耗電量,二后者是微安級的耗電�。TTL工藝下的CCD成像質量要優(yōu)于CMOS工藝下的CCD。CCD廣泛用于工業(yè),民用產��

基本特性參�

  1、響應度(光電轉換因子):k=I/Φ

  2、光譜特性:響應度與入射光頻率或波長的關��

  3、暗電流:沒有光信號入射�,少數熱電載流子聚集在電極下形成轉移電流�

  4、分辨率:分辨圖像的能力�(N*p)

  做大被測物尺寸:

  D=L/β=N*p/β

  L—成像尺�

  N—光敏單元數

  P—光敏單元中心距

  β—光學系�(tǒng)放大倍率

  5、均勻性:各光敏單元對光強度相應的一致��

應用

  CCD是使用一種高感光度的半導體材料集成,它能夠根據照射在其面上的光線產生相應的電荷信�,在通過模數轉換器芯片轉換成�0”或�1”的數字信號,這種數字信號經過壓縮和程序排列后,可由閃速存儲器或硬盤卡保存即收光信號轉換成計算機能識別的電子圖像信�,可對被側物體進行準確的測�、分��

  1、傳真機數碼機:傳真機所用的線性CCD影像經透鏡成像于電容陣列表面后,依其亮度的強弱在每個電容單位上形成強弱不等的電�。傳真機或掃瞄儀用的線性CCD每次捕捉一細長條的光影,而數碼相機或攝影機所用的平面式CCD則一次捕捉一整張影像,或從中擷取一塊方形的區(qū)域。一旦完成曝光的動作,控制電路會使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一個單元,到達邊緣一個單元時,電荷訊號傳入放大器,轉變成電位。如此周著復�,直到整個影像都轉成電位,取樣并數位化之后存入內�。儲存的影像可以傳送到打印�、儲存設備或顯示�

  2、CCD色彩數碼�:一般的彩色數碼相機是將拜爾濾鏡(Bayer filter)加裝在CCD�。每四個像素形成一個單元,一個負責過濾紅�、一個過濾藍�,兩個過濾綠�(因為人眼對綠色比較敏�)。結果每個像素都接收到感光訊�,但色彩分辨率不如感光分辨率�

  “自動導星”技術:CCD導星裝置

  緩解干擾效應� CCD多次曝光,取其平均�

  去除背景噪聲� dark frame

  3、CCD在天文學中的應用:CCD應用于軌道或者道路質量的檢測、CCD應用在軌道或橋梁的振動曲線的測量�

  4、CCD在交通中的應�:在鐵軌對中性檢測中,應用鐵軌檢測車,對鐵軌鋪設的多個驗收參數進行檢測,利� CCD器件,檢測鐵軌中心的偏移量。而在智能路面破損采集系統(tǒng)�,通過裝置在測量車尾的CCD相機采集實時路面破損影像;并通過車頂的GPS接收�,對采集來的每一幀破損圖像進行�(wèi)星定�。通過破損圖像處理程序對采集的路面影像進行分析處理,將裂縫、龜�、泛油等病害圖像鑒別出來,并將破損圖像對應的GPS位置信息,提供給高速公路的�(yǎng)護部門,方便他們對破損路面進行維護�

維庫電子�,電子知�,一查百��

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