CCD介绍.ppt

D是于1969年由美国贝尔实验室(BellLabs)的维拉·博伊尔()和乔治·史密斯()所发明的。当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。将这两种新技术结合起来后,波义耳和史密斯得出一种装置,他们命名为“电荷‘气泡’元件”(Charge"Bubble"Devices)。这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷,便尝试用来做为记忆装置,当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷,而组成数位影像。到了70年代,D就此诞生。有几家公司接续此一发明,着手进行进一步的研究,包括快捷半导体(FairchildSemiconductor)、美国无线电公司(RCA)和德州仪器(TexasInstruments)。其中快捷半导体的产品率先上市,于1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置。D广泛应用在数码摄影、天文学,尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜,D在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,D,即包括x、y两个方向用于摄取平面图像,D,它只有x一个方向,y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 CCD的加工工艺有两种,一种是TTL工艺,一种是CMOS工艺,D,只不过是加工工艺不同,前者是毫安级的耗电量,而后者是微安级的耗电量。D广泛用于工业,民用产品。D图像传感器可直接将光学信号转换为数字电信号,实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是:;,工作电压低,抗冲击与震动,性能稳定,寿命长;,噪声低,动态范围大;,有自扫描功能,图像畸变小,无残像;,像素集成度高,尺寸精确,商品化生产成本低。因此,许多采用光学方法测量外径的仪器,把CCD器件作为光电接收器。D两大类。D内部电极分成数组,每组称为一相,并施加同样的时钟脉冲。D芯片内部结构决定,D可满足不同场合的使用要求。D有单沟道和双沟道之分,其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构,生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成,特点是处理信息速度快,外围电路简单,易实现实时控制,但获取信息量小,不能处理复杂的图像(D如右图所示)。D的结构要复杂得多,它由很多光敏区排列成一个方阵,并以一定的形式连接成一个器件,获取信息量大,能处理复杂的图像。D器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展,特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。D是使用一种高感光度的半导体材料集成,它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号,在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号,这种数字信号经过压缩和程序排列后,可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号,可对被侧物体进行准确的测量、分析。 D应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。其光效率可达70%(能捕捉到70%的入射光),优于传统菲林(底片)的2%,D迅速获得天文学家的大量采用。 D影像经透镜成像于电容阵列表面后,依其亮度的强弱在每个电容单位上形成强弱不等的电荷。D每次捕捉一细长条的光影,D则一次捕捉一整张影像,或从中撷取一块方形的区域。一旦完成曝光的动作,控制电路会使电容单元上的电荷传到相邻的下一个单元,到达边缘最后一个单元时,电荷讯号传入放大器,转变成电位。如此周著复始,直到整个影像都转成电位,取样并数位化之后存入内存。储存的影像可以传送到打印机、储存设备或显示器。 D的应用更是异彩纷呈。一般的彩色数码相机是将拜尔滤镜(Bayerfilter)D上。每四个像素形成一个单元,一个负责过滤红色、一个过滤蓝色,两个过滤绿色(因为人眼对绿色比较敏感)。结果每个像素都接收到感光讯号,但色彩分辨率不如感光分辨率。D系统能将颜色分得更好,分光棱镜能把入射光分析成红、蓝、绿三种色光,D各自负责其中一种色光的呈像。所有的专业级数位摄影机,D技术。目前,D芯片仍相当昂贵,D的高解析静态照相机,其价位往往超出许多专业摄摄影者的预算。因此有些高档相机使用旋转式色彩滤镜,兼顾高分辨率与忠实的色彩呈现。这类多次成像的照相机只能用于拍摄静态物品。 D同时在1990年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视装置,D以拍摄极高解像之天体照片。 CCD在天文学方面有一种奇妙的应用方式,能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。D上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致,速度也同步,以CCD导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差,还能使望远镜记录到比原来更大的视场。 D大多能感应红外线,所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度(或趋近零照度)摄影机/照相机等。为了减低红外线干扰,D常以液态氮或半导体冷却,D对红外线的敏感度造成另一种效