CCD技術(shù)在影像傳感中的應(yīng)用Z為廣泛，已成為現(xiàn)代光電子學(xué)和測(cè)試技術(shù)中Z活躍、Z富有成果的領(lǐng)域之一。CCD是理想的相機(jī)元件，以其構(gòu)成的CCD相機(jī)具有體積小、重量輕、不受磁場(chǎng)影響、具有抗震動(dòng)和撞擊之特性而被廣泛應(yīng)用。

CCD是什么

　　CCD是70年代初發(fā)展起來(lái)的新型半導(dǎo)體光電成像器件。美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的Boyle和Smith于1970年提出了CCD的概念，隨后建立了以一維勢(shì)阱模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)態(tài)CCD的基本理論。

　　CCD本身是一種半導(dǎo)體器件構(gòu)思上的創(chuàng)新。因?yàn)镃CD基本參數(shù)是電荷，不是電流或電壓。這就在其間的外電路及信號(hào)處理方面引進(jìn)了令人感興趣的新概念和新技術(shù)。CCD技術(shù)是一項(xiàng)具有廣泛應(yīng)用前景的新技術(shù)，CCD技術(shù)取得的驚人進(jìn)展足以說(shuō)明這一點(diǎn)。CCD一經(jīng)出現(xiàn)，人們對(duì)他在攝像、信號(hào)處理和存儲(chǔ)三大領(lǐng)域的應(yīng)用十分重視。特別是在傳感器方面的應(yīng)用取得了令人矚目的發(fā)展，已成為現(xiàn)代光電及現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)中Z活躍、Z富有成果的新興領(lǐng)域。

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　　CCD圖像傳感器因具有圖像識(shí)別、圖像獲取等功能及其像元尺寸小(低費(fèi)用)、低噪聲、低暗電流、高靈敏度、寬光譜響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，使其迅速并廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在軍事應(yīng)用方面，如用于目標(biāo)定位、空間遙感、精確制導(dǎo)、衛(wèi)星偵察、軍事電子對(duì)抗等;在天文物理學(xué)方面，用于對(duì)行星的觀察和對(duì)宇宙射線的探測(cè);在民用方面，如氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星利用CCD來(lái)獲取資源、氣象信息，還可以用于工業(yè)檢測(cè)和監(jiān)控、醫(yī)學(xué)診斷，目前幾乎所有的市售視頻攝像機(jī)都是基于CCD的，如CCD相機(jī)等。

　　而且CCD應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的綜合性技術(shù)，在現(xiàn)代光子學(xué)，光電檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中，成果累累，方興未艾。

CCD相機(jī)的原理

　　1、用CCD相機(jī)拍攝景物時(shí)，景物反射的光線通過(guò)CCD相機(jī)的鏡頭透射到CCD上。

　　2、當(dāng)CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發(fā)釋放出電荷，感光元件的電信號(hào)便由此產(chǎn)生。

　　3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號(hào)線路對(duì)光電二極管產(chǎn)生的電流進(jìn)行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD相機(jī)會(huì)將一次成像產(chǎn)生的電信號(hào)收集起來(lái)，統(tǒng)一輸出到放大器。

　　4、經(jīng)過(guò)放大和濾波后的電信號(hào)被送到A/D，由A/D將電信號(hào)(此時(shí)為模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)值的大小和電信號(hào)的強(qiáng)度即電壓的高低成正比。這些數(shù)值其實(shí)就是圖像的數(shù)據(jù)了。

　　5、不過(guò)單依靠上一步所得到的圖像數(shù)據(jù)還不能直接生成圖像，還要輸出到數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。在DSP中，這些圖像數(shù)據(jù)被進(jìn)行色彩校正、白平衡處理(視用戶在CCD相機(jī)中的設(shè)定而定)等后期處理，編碼為相機(jī)所支持的圖像格式、分辨率等數(shù)據(jù)格式，然后才會(huì)被存儲(chǔ)為圖像文件。

　　6、Z后，圖像文件就被寫(xiě)入到CCD相機(jī)的存儲(chǔ)器上(內(nèi)置或外置存儲(chǔ)器)。

CCD相機(jī)的結(jié)構(gòu)及功能

　　CCD相機(jī)是指包含CCD芯片和AD前端處理部分的電路和結(jié)構(gòu)。主要由CCD芯片、驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路、電子接口電路、光學(xué)機(jī)械接口等構(gòu)成。CCD相機(jī)各部分的功能如下：

　　CCD芯片：CCD芯片是CCD相機(jī)的核心元件，主要在驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，實(shí)現(xiàn)光電荷的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移及輸出等功能。

　　驅(qū)動(dòng)電路：CCD相機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路一般由晶振、時(shí)序信號(hào)發(fā)生器、垂直驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成，主要為CCD提供所需的脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，還為信號(hào)處理電路提供鉗位、復(fù)合同步、復(fù)合消隱、采樣/保持等脈沖信號(hào)。

　　信號(hào)處理電路：主要完成CCD相機(jī)輸出信號(hào)的AGC、視頻信號(hào)的合成、A/D轉(zhuǎn)換等功能。CCD相機(jī)的輸出信號(hào)輸入至信號(hào)處理電路、經(jīng)信號(hào)處理后轉(zhuǎn)換為所需要的信號(hào)輸出。

　　接口電路：CCD相機(jī)的接口電路主要將來(lái)自外部的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的相機(jī)控制信號(hào)，并反饋至?xí)r序發(fā)生電路、信號(hào)處理電路，從而對(duì)相機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行有效的控制。同時(shí)。接口電路還可將時(shí)序發(fā)生器所產(chǎn)生的各種驅(qū)動(dòng)時(shí)序輸出，從而可被圖像采集系統(tǒng)用于對(duì)圖像采集的控制。

　　機(jī)械光學(xué)接口：主要提供與CCD相機(jī)各種光學(xué)鏡頭的機(jī)械連接，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)與CCD的耦合。

　　光學(xué)鏡頭通過(guò)相機(jī)的機(jī)械光學(xué)接口，將目標(biāo)成像在CCD的光敏面上，在驅(qū)動(dòng)電路所提供的驅(qū)動(dòng)脈沖的作用下，CCD完成光電荷的轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)移和讀取過(guò)程，從而將二維的光學(xué)信息轉(zhuǎn)換為一維的電信號(hào)輸出;信號(hào)處理電路主要接收來(lái)自CCD的一維電信號(hào)，并進(jìn)行采樣保持、CDS(相關(guān)雙采樣)、AGC、A/D轉(zhuǎn)換等處理，而后進(jìn)行視頻信號(hào)的合成，即將CCD所輸出的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為所需要的視頻格式輸出;高端CCD相機(jī)均提供了相應(yīng)的接口電路，允許用戶對(duì)相機(jī)的工作過(guò)程進(jìn)行有效的控制。

　　CCD傳感器工作時(shí)輸出的圖象信號(hào)為模擬信號(hào)，可以通過(guò)監(jiān)視器直接觀看。當(dāng)今各種圖象處理都是以數(shù)字圖象信號(hào)為基礎(chǔ)，因此相機(jī)內(nèi)部包含了模數(shù)轉(zhuǎn)換單元將CCD模擬輸出的每個(gè)像元的灰度值轉(zhuǎn)換為數(shù)字式的象素值輸出。CCD相機(jī)數(shù)字圖像可以直接傳輸?shù)絇C機(jī)、DSP或FPGA等系統(tǒng)進(jìn)行處理和顯示等。