CCD(Charge-coupled Device)是一�半導(dǎo)�裝置,能夠把光學(xué)影像�(zhuǎn)化為�(shù)字信�(hào)� CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素(Pixel�。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多,其提供的畫(huà)�分辨�也就越高。CCD的作用就像膠片一�,但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成�(shù)字信�(hào)。CCD�攝像�(jī)、數(shù)碼相�(jī)�掃描儀中應(yīng)用廣�,只不過(guò)攝像�(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD,即包括x、y兩�(gè)方向用于攝取平面圖像,而掃描儀中使用的是線性CCD,它只有x一�(gè)方向,y方向掃描由掃描儀的機(jī)械裝置來(lái)完成�
電荷耦合器件(ChargeCoupledDevices,�(jiǎn)稱CCD)是貝爾實(shí)�(yàn)室的W.S.Boyle和G.E.Smith�1970年發(fā)明的,由于它有光電�(zhuǎn)�、信息存�(chǔ)、延�(shí)和將電信�(hào)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�(shù)字化處理必不可少的關(guān)鍵器�,廣泛�(yīng)用于科學(xué)、教�、醫(yī)�(xué)、商�(yè)、工�(yè)、軍事和消費(fèi)�(lǐng)域�
一、CCD�(jié)�(gòu)包含感光二極�、并行信�(hào)寄存�、并行信�(hào)寄存器、信�(hào)放大器、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器等項(xiàng)�
1. 感光二極管(Photodiode�
2. 并行信號(hào)寄存器(Shift Register):用于暫時(shí)�(chǔ)存感光后�(chǎn)生的電荷�
3. 并行信號(hào)寄存器(Transfer Register):用于暫時(shí)�(chǔ)存并行積存器的模擬信�(hào)并將電荷�(zhuǎn)移放��
4. 信號(hào)放大器:用于放大微弱電信�(hào)�
5. �(shù)摸轉(zhuǎn)換器:將放大的電信號(hào)�(zhuǎn)換成�(shù)字信�(hào)�
二、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(shù)碼相�(jī)成像的關(guān)鍵是在于其感光層,為了擴(kuò)展CCD的采光率,必須擴(kuò)展單一像素的受光面�。但是提高采光率的辦法也容易使畫(huà)�(zhì)下降。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?yàn)閭鞲衅鞯拈_(kāi)口面積而決定,而改由微型鏡片的表面積來(lái)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�(gè)則是CMYK�(bǔ)色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。首�,我們先了解一下兩種分色法的概�,RGB即三原色分色法,幾乎所有人類眼鏡可以識(shí)別的顏色,都可以通過(guò)紅、綠和藍(lán)�(lái)組成,而RGB三�(gè)字母分別就是Red, Green和Blue,這說(shuō)明RGB分色法是通過(guò)這三�(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再�(shuō)CMYK,這是由四�(gè)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(diào)節(jié)出來(lái)的顏色不及RGB的多�
原色CCD的優(yōu)�(shì)在于�(huà)�(zhì)銳利,色彩真�(shí),但缺點(diǎn)則是噪聲�(wèn)�。因�,大家可以注�,一般采用原色CCD的數(shù)碼相�(jī),在ISO感光度上多半不會(huì)超過(guò)400。相�(duì)�,補(bǔ)色CCD多了一�(gè)Y黃色濾色�,在色彩的分辨上比較仔細(xì),但卻犧牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,補(bǔ)色CCD可以容忍較高的感光度,一般都可設(shè)定在800以上
3. 感光�
感光層為CCD的第三層,這層主要是負(fù)�(zé)將穿�(guò)濾色層的光源�(zhuǎn)換成電子信號(hào),并將信�(hào)傳送到影像處理芯片,將影像還原�
CCD的加工工藝有兩種,一種是TTL工藝,一種是CMOS工藝,現(xiàn)在市�(chǎng)上所�(shuō)的CCD和CMOS其實(shí)都是CCD,只不過(guò)是加工工藝不�,前者是毫安�(jí)的耗電量,二后者是微安�(jí)的耗電�。TTL工藝下的CCD成像�(zhì)量要�(yōu)于CMOS工藝下的CCD。CCD廣泛用于工業(yè),民用產(chǎn)��
1、響�(yīng)度(光電�(zhuǎn)換因子):k=I/Φ 2、光譜特性:響應(yīng)度與入射光頻率或波長(zhǎng)的關(guān)系� 3、暗電流:沒(méi)有光信號(hào)入射�(shí),少�(shù)熱電載流子聚集在電極下形成轉(zhuǎn)移電�� 4、分辨率:分辨圖像的能力�(N*p) 做大被測(cè)物尺寸: D=L/β=N*p/β L—成像尺� N—光敏單元數(shù) P—光敏單元中心距 β—光�(xué)系統(tǒng)放大倍率 5、均勻性:各光敏單元對(duì)光強(qiáng)度相�(yīng)的一致��
CCD是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料集�,它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相�(yīng)的電荷信�(hào),在通過(guò)模數(shù)�(zhuǎn)換器芯片�(zhuǎn)換成�0”或�1”的�(shù)字信�(hào),這種�(shù)字信�(hào)�(jīng)�(guò)壓縮和程序排列后,可由閃速存�(chǔ)器或硬盤卡保存即收光信號(hào)�(zhuǎn)換成�(jì)算機(jī)能識(shí)別的電子圖像信號(hào),可�(duì)被側(cè)物體�(jìn)行準(zhǔn)確的�(cè)�、分��
1、傳真機(jī)�(shù)碼機(jī):傳真機(jī)所用的線性CCD影像�(jīng)透鏡成像于電容陣列表面后,依其亮度的�(qiáng)弱在每�(gè)電容單位上形成強(qiáng)弱不等的電荷。傳真機(jī)或掃瞄儀用的線性CCD每次捕捉一�(xì)�(zhǎng)條的光影,而數(shù)碼相�(jī)或攝影機(jī)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)�。一旦完成曝光的�(dòng)作,控制電路�(huì)使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一�(gè)單元,到�(dá)邊緣一�(gè)單元�(shí),電荷訊�(hào)傳入放大�,轉(zhuǎn)變成電位。如此周著復(fù)�,直到整�(gè)影像都轉(zhuǎn)成電�,取樣并�(shù)位化之后存入�(nèi)存。儲(chǔ)存的影像可以傳送到打印�(jī)、儲(chǔ)存設(shè)備或顯示�
2、CCD色彩�(shù)碼機(jī):一般的彩色�(shù)碼相�(jī)是將拜爾濾鏡(Bayer filter)加裝在CCD上。每四�(gè)像素形成一�(gè)單元,一�(gè)�(fù)�(zé)�(guò)濾紅色、一�(gè)�(guò)濾藍(lán)�,兩�(gè)�(guò)濾綠�(�?yàn)槿搜�?duì)綠色比較敏感)。結(jié)果每�(gè)像素都接收到感光訊號(hào),但色彩分辨率不如感光分辨率�
“自�(dòng)�(dǎo)星”技�(shù):CCD�(dǎo)星裝�
緩解干擾效應(yīng)� CCD多次曝光,取其平均�
去除背景噪聲� dark frame
3、CCD在天文學(xué)中的�(yīng)用:CCD�(yīng)用于軌道或者道路質(zhì)量的檢測(cè)、CCD�(yīng)用在軌道或橋梁的振動(dòng)曲線的測(cè)��
4、CCD在交通中的應(yīng)�:在鐵軌對(duì)中性檢�(cè)�,應(yīng)用鐵軌檢�(cè)車,�(duì)鐵軌鋪設(shè)的多�(gè)�(yàn)收參�(shù)�(jìn)行檢�(cè),利� CCD器件,檢�(cè)鐵軌中心的偏移量。而在智能路面破損采集系統(tǒng)�,通過(guò)裝置在測(cè)量車尾的CCD相機(jī)采集�(shí)�(shí)路面破損影像;并通過(guò)車頂?shù)腉PS接收�,對(duì)采集�(lái)的每一幀破損圖像�(jìn)行衛(wèi)星定�。通過(guò)破損圖像處理程序?qū)Σ杉穆访嬗跋襁M(jìn)行分析處理,將裂�、龜�、泛油等病害圖像鑒別出來(lái),并將破損圖像對(duì)�(yīng)的GPS位置信息,提供給高速公路的�(yǎng)�(hù)部門,方便他們對(duì)破損路面�(jìn)行維�(hù)�