ccd圖像傳感器應(yīng)用：ccd圖像傳感器應(yīng)用舉例
CCD圖像傳感器應(yīng)用
CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)外，還廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。此外，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進(jìn)行顯微手術(shù)等而對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。
CCD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼，它革新了攝影術(shù)，光可以被電子化地記錄下來(lái)，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對(duì)圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)稱贊說(shuō)，“無(wú)論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處，它都能給我們帶來(lái)水晶般清晰的影像。”
CCD圖像傳感器在案例中技術(shù)的詳細(xì)應(yīng)用
圖像傳感器是利用光傳感器的光電轉(zhuǎn)換功能，將其感光面上的光信號(hào)圖像轉(zhuǎn)換為與之成比例關(guān)系的電信號(hào)圖像的一種功能器件。攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、彩信手機(jī)上廣泛使用的是固態(tài)圖像傳感器，分為CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。固態(tài)圖像傳感器是在單晶硅襯底上布設(shè)若干個(gè)光敏單元與移位寄存器、集成制造的功能化的光電轉(zhuǎn)換器件，其中光敏單元也稱為像素，我們常說(shuō)的分辨率是單位面積上的像素，此運(yùn)作模式與光電開關(guān)傳感器相比是無(wú)法替代的。
電荷耦合器件圖像傳感器CCD是用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，再通過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手估，想象來(lái)修改圖像。
CCD電荷耦合器件在P型SI襯底上覆蓋一層SIO2，然后在SIO2薄層上沉積金屬或摻雜多晶硅形成電極，稱為柵極，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了CCD電荷耦合器件芯片。
當(dāng)入射光作用在P型SI襯底上時(shí)，載流子電子得到入的能量后，在柵極加上脈沖信號(hào)。
CCD圖像傳感器市場(chǎng)
CCD圖像傳感器已成為攝錄一體機(jī)、打印機(jī)、傳真機(jī)、攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和多媒體系統(tǒng)的核心部件。
在世界已進(jìn)入信息時(shí)代的今天，以數(shù)字化、計(jì)算機(jī)、通訊、電視和多媒體為主要特征的信息革命正在興起。作為視覺(jué)傳感器的CCD攝像器件，在光電圖像信息獲取與處理中起著極其重要的作用。CCD圖像傳感器的市場(chǎng)十分廣闊，前景十分看好。
CCD圖像傳感器經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，已經(jīng)成熟并實(shí)現(xiàn)了商品化。CCD圖像傳感器從最初簡(jiǎn)單的8像元移位寄存器發(fā)展至今，已具有數(shù)百萬(wàn)至上千萬(wàn)像元。由于CCD圖像傳感器具有很大的潛在市場(chǎng)和廣闊的應(yīng)用前景，因此，國(guó)際上在這方面的研究工作進(jìn)行得相當(dāng)活躍，美國(guó)、日本、英國(guó)、荷蘭、德國(guó)、加拿大、俄羅斯、南韓等國(guó)家均投入了大量的人力、物力和財(cái)力，并在CCD圖像傳感器的研究和應(yīng)用方面取得了令人矚目的成果。美國(guó)和日本的器件和整機(jī)系統(tǒng)已進(jìn)入了商品化階段。
ccd圖像傳感器應(yīng)用：CCD圖像傳感器的原理及應(yīng)用
CCD
圖像傳感器的原理及應(yīng)用
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摘要：
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隨著科技的迅猛發(fā)展，人們希望在生活生產(chǎn)中更多地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，而在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的過(guò)程中，傳
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感器起著舉足輕重的地位。傳感器其實(shí)就是人類感官的延伸，因此也叫“電五官”
。而圖像傳感器就是“電
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視覺(jué)”
，本文就圖像傳感器中的一種——
CCD
圖像傳感器的原理及應(yīng)用做一介紹。
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關(guān)鍵字：
CCD
圖像傳感器
原理
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應(yīng)用
?
?
?CCD
圖像傳感器是通過(guò)將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、
處理和復(fù)現(xiàn)。光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)主要由
CCD
感光片完成。
CCD
感光片由三部分組成，
即鏡片，彩色濾鏡和感應(yīng)電路，如下圖。鏡片和彩色濾鏡主要是對(duì)接受的光線（即圖像）進(jìn)
行一定的預(yù)處理，
感應(yīng)電路為
CCD
傳感器的核心，
它又可分為光敏元件陣列和電荷轉(zhuǎn)移器件
兩部分。
ccd圖像傳感器應(yīng)用：CCD圖像傳感器的原理及應(yīng)用_1
CCD圖像傳感器的原理是利用了QCD的光電轉(zhuǎn)換和電荷轉(zhuǎn)移的雙重功能制成，用一排像素掃描過(guò)圖片，做三次曝光一一分別對(duì)應(yīng)于紅、綠、藍(lán)三色濾鏡，線性傳感器是捕捉一維圖像。
CCD圖像傳感器的應(yīng)用：
1）Medical醫(yī)用顯微內(nèi)窺鏡。利用超小型的CCD攝視覺(jué)貼片機(jī)像機(jī)或光纖圖像傳輸內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)人體顯微手術(shù)，減小手術(shù)刀口的尺寸，減小傷口感染的可能性，減輕病人的痛苦。同時(shí)還可入行實(shí)時(shí)遙程會(huì)診和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)。
2）VehicleCamera。在各種車輛中加裝QCD攝像機(jī)可以使駕駛?cè)藛T借助車內(nèi)CCD攝像機(jī)、車上的后視鏡系統(tǒng)和駕駛員前面的顯示器。不僅可隨時(shí)看到車內(nèi)的情況，而且可在倒車時(shí)觀察后面的道路情況，在向前行入過(guò)程中也能隨時(shí)觀到后方車輛所保持的距離，提高了行車安全。
3）Closed Circuit Television（CCTV）。CCTV是近幾年被大家廣泛注重小型貼片機(jī)的電視監(jiān)控系統(tǒng)，目前已發(fā)展成為一種新的產(chǎn)業(yè)。
4）Broadcast。正是由于研制出了新的高質(zhì)量、高分辨率的CCD攝像機(jī)器件，所以才有可能制造出適合廣播電視用的CCD攝像機(jī)目前已發(fā)展成數(shù)字電視系統(tǒng)。
擴(kuò)展資料
由CCD圖像傳感器的結(jié)構(gòu)和工作原理決定了這類器件有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、CCD是一種固體化器件，體積小、重量輕、可靠性高、壽命長(zhǎng)：
2、圖像畸變小、尺寸重現(xiàn)性好；
3、具有較高的空間分辨率；
4、光敏元間距的幾何尺寸精度高，可獲得較高的定位精度和測(cè)量精度；
5、具有較高的光電靈敏度和較大的動(dòng)態(tài)范圍。
參考資料來(lái)源：百度百科-CCD感光元件
如圖所示
原理：CCD傳感器是一種新型光電轉(zhuǎn)換器件，它能存儲(chǔ)由光產(chǎn)生的信號(hào)電荷。當(dāng)對(duì)它施加特定時(shí)序的脈沖時(shí)，其存儲(chǔ)的信號(hào)電荷便可在CCD內(nèi)作定向傳輸而實(shí)現(xiàn)自掃描。它主要由光敏單元、輸入結(jié)構(gòu)和輸出結(jié)構(gòu)等組成。它具有光電轉(zhuǎn)換、信息存貯和延時(shí)等功能，而且集成度高、功耗小，已經(jīng)在攝像、信號(hào)處理和存貯3大領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在圖像傳感器應(yīng)用方面取得令 CCD傳感器人矚目的發(fā)展。
應(yīng)用：有很多，照相機(jī)、PC攝像頭等等，當(dāng)然這些也有用CMOS Image傳感器
ccd圖像傳感器應(yīng)用：先進(jìn)的CCD圖像傳感器變得日益關(guān)鍵
原標(biāo)題：先進(jìn)的CCD圖像傳感器變得日益關(guān)鍵
作者：安森美半導(dǎo)體圖像傳感器事業(yè)部工業(yè)解決方案部門產(chǎn)品營(yíng)銷經(jīng)理Michael DeLuca
盡管基于CMOS技術(shù)的圖像傳感器在許多應(yīng)用中已得到廣泛應(yīng)用，但一些要求嚴(yán)苛的工業(yè)成像應(yīng)用仍需要CCD圖像傳感器獨(dú)有的性能。
舉一個(gè)例子，關(guān)鍵的平板顯示器生產(chǎn)線終端檢測(cè)仍然主要由采用CCD的相機(jī)來(lái)執(zhí)行，因?yàn)樗鼈兡芴峁└叻直媛屎统錾膱D像均勻性，這是目前CMOS圖像傳感器技術(shù)無(wú)法提供的。
這一類的檢測(cè)通常由使用基于安森美半導(dǎo)體的2900萬(wàn)像素(Mp)，35 mm光學(xué)格式的KAI-圖像傳感器等器件的相機(jī)來(lái)執(zhí)行。然而，平板顯示器分辨率越來(lái)越高，用來(lái)檢測(cè)它們的相機(jī)分辨率也需要相應(yīng)的提升。為滿足這一需求并保留標(biāo)準(zhǔn)的35 mm光學(xué)格式，需要既能減小像素尺寸，同時(shí)又能保留應(yīng)用所需的關(guān)鍵性能和圖像均勻性規(guī)格的全新像素設(shè)計(jì)。
對(duì)高性能、高分辨率成像的需求
如今，成像推動(dòng)了工業(yè)應(yīng)用的生產(chǎn)力效益，從交通監(jiān)控、車牌識(shí)別，到條形碼掃描、機(jī)器人引導(dǎo)、機(jī)器視覺(jué)等等。盡管每種應(yīng)用都有其獨(dú)特的需求（一些需要高幀速率，另一些需要寬動(dòng)態(tài)范圍、微光靈敏度或某個(gè)不同的關(guān)鍵參數(shù)），一些應(yīng)用主要需要最高級(jí)別的圖像細(xì)節(jié)，要求開發(fā)具有非常高分辨率的圖像傳感器。
一個(gè)很好的例子是平板顯示器的生產(chǎn)線終端檢測(cè)，這個(gè)流程是要確認(rèn)每個(gè)顯示像素中紅、綠和藍(lán)三個(gè)子元素都能正常工作。隨著顯示器的應(yīng)用在移動(dòng)設(shè)備、平板電腦、電視機(jī)、車輛、監(jiān)控器等更多領(lǐng)域中不斷擴(kuò)展，這些顯示器的分辨率也在不斷提高，從1080p到4k/超高清，甚至更高。這對(duì)在制造過(guò)程中用于監(jiān)測(cè)這些顯示器的相機(jī)提出了獨(dú)特的要求，它需要提供能夠分解顯示器中存在的附加像素和子結(jié)構(gòu)所需的細(xì)節(jié)，而無(wú)需犧牲該應(yīng)用所需的圖像質(zhì)量和均勻性。
圖1：用相機(jī)檢測(cè)平板顯示器
高分辨率成像的其它例子還包括高端監(jiān)控（以足夠放大任何一個(gè)位置的分辨率采集寬闊視域圖像）和航拍（更高的分辨率可提供額外的成像細(xì)節(jié)，或讓飛機(jī)能夠飛得更高并減少飛行次數(shù)）。但是在所有這些例子中，應(yīng)用不僅需要非常高的分辨率，而且還需要非常高的圖像質(zhì)量，可通過(guò)圖像均勻性、噪聲、動(dòng)態(tài)范圍等規(guī)格來(lái)衡量。
鑒于這種綜合需求，這套應(yīng)用一直以來(lái)憑借基于Interline Transfer CCD（ITCCD）技術(shù)的圖像傳感器，即使擴(kuò)展到大的光學(xué)格式，它也能保留關(guān)鍵的成像性能參數(shù)。這一技術(shù)能夠以非常高的圖像均勻度捕獲圖像，且真正的全局快門設(shè)計(jì)能夠捕獲運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景，而不會(huì)引入成像偽影。此外，該技術(shù)可提供寬曝光范圍和低暗電流，能夠?qū)崿F(xiàn)從幾微秒到一秒或更長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)的圖像曝光。
Interline Transfer CCD技術(shù)用于開發(fā)高分辨率、大格式圖像傳感器已超過(guò)15年，其分辨率隨市場(chǎng)需要逐漸提高。例如，2003年的KAI-圖像傳感器以35 mm光學(xué)格式提供1100萬(wàn)像素的分辨率；但到2011年，這種相同的光學(xué)格式幾乎可支持三倍的分辨率。
圖2：35 mm光學(xué)格式下ITCCD分辨率的提升
在保留光學(xué)格式的同時(shí)提高分辨率的這種進(jìn)步，對(duì)于實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用中采用相機(jī)的簡(jiǎn)化的現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)非常重要，因?yàn)樵诓渴鸶叻直媛实南鄼C(jī)時(shí)，相機(jī)的放置位置和鏡頭都無(wú)需變動(dòng)。
嚴(yán)苛要求帶來(lái)重大設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
為了在保留35 mm光學(xué)格式的同時(shí)，將器件（例如KAI-）的分辨率從現(xiàn)有的2900萬(wàn)像素繼續(xù)提升，就需要更小的像素格式，以便將更多像素放置于給定區(qū)域中。但為同時(shí)保留這一較小像素中的關(guān)鍵成像參數(shù)，如圖像均勻性、動(dòng)態(tài)范圍和底噪，除了簡(jiǎn)單地縮小尺寸外，還需要提升像素設(shè)計(jì)。
圖3：設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
隨著器件中像素的增加，除非器件的輸出帶寬能夠增加，否則總體幀速率將會(huì)降低（這可能也是某些應(yīng)用所需要的）。維持與當(dāng)前傳感器和相機(jī)的向后兼容對(duì)于幫助相機(jī)制造商和終端客戶簡(jiǎn)化所需的升級(jí)路徑以支持并采用新器件至關(guān)重要。
35 mm光學(xué)格式高性能ITCCD傳感器
安森美半導(dǎo)體的KAI-圖像傳感器提供了如何滿足這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，以35 mm格式為要求嚴(yán)苛的應(yīng)用提供更高分辨率的范例。新器件采用全新的4.5 μm ITCCD像素，以35 mm光學(xué)格式提供4300萬(wàn)像素，相較于廣泛應(yīng)用的2900萬(wàn)像素KAI-，分辨率增加了50％。然而，即使采用這種較小的像素尺寸，關(guān)鍵的成像性能水平任然得以保留（包括高拖尾抑制和超過(guò)60dB的線性動(dòng)態(tài)范圍），并且通過(guò)采用先進(jìn)工藝設(shè)計(jì)，消除整個(gè)類別下的均勻性偽影，圖像均勻性得到實(shí)際的提升。
更新了的輸出放大器可將4分接頭器件的帶寬增加50％，盡管分辨率提高，卻仍可提供與2900萬(wàn)像素器件相同的最終幀速率。由于KAI-仍基于ITCCD技術(shù)，因此它保留了電子快門和廣泛曝光支持等特性，這些都是該技術(shù)的標(biāo)志性特性。
重要的是，KAI-采用與KAI-相同的封裝，讓當(dāng)前的相機(jī)設(shè)計(jì)僅需稍作電氣變更即可支持新器件。這大大降低了相機(jī)制造商的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，并使他們能夠以更低的成本更快地將具有更高分辨率和性能的相機(jī)投入市場(chǎng)。
總結(jié)
開發(fā)滿足高級(jí)工業(yè)應(yīng)用嚴(yán)苛要求的成像傳感器，需要的遠(yuǎn)不止簡(jiǎn)單地將更多像素“拽”到更小的封裝中。通過(guò)采用先進(jìn)的像素設(shè)計(jì)，可以在給定光節(jié)點(diǎn)提供更高的分辨率而無(wú)需犧牲所需的性能。
圖4：安森美半導(dǎo)體的大格式ITCCD圖像傳感器
然而即使有了這些提升，重要的是要認(rèn)識(shí)到“最新”的成像器件并不一定是適用于所有應(yīng)用的“最佳”器件（即使是針對(duì)需要非常高分辨率的應(yīng)用）。不僅針對(duì)分辨率擁有不同的選擇，而且針對(duì)光靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、幀速率、甚至價(jià)格等參數(shù)擁有不同的選擇對(duì)于確定最合適某個(gè)給定應(yīng)用的圖像傳感器（和成像技術(shù)）是至關(guān)重要的。這凸顯了擁有廣泛器件產(chǎn)品陣容的重要性（即使是專注于一組特定的應(yīng)用，如需要非常高的分辨率），并強(qiáng)調(diào)了使用Interline Transfer CCD等技術(shù)持續(xù)開發(fā)全新產(chǎn)品的需求。
文章來(lái)源：電子工程世界
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