理论知识
CCD相机是怎样实现光电转换的
浏览:1046 次
时间:2016-08-31 11:30:26

        按照芯片类型可以将工业相机分为CCD相机和CMOS相机。目前用于数字图像处理较普遍的CCD相机一般由两部分组成:图像获取单元和图像输出单元。

        在图像获取中,与显像管比较,CCD芯片由独立的光敏元件构成,每一个光敏元件表示一个像素,因此能够传输二维的离散图像。而且体积、重量都比较小,具有高动态、高线性,对机械、磁场、光影响不敏感。并且由于市场的大量生产,CCD相机也相对便宜一些。CCD的突出特点是以电荷作为信号,而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。

        那么CCD是怎样实现光电转换的呢?如下图所示,可以形象地喻为往井或桶内注水,因而半导体物理中用“势阱”的概念描述用来收集光激发电荷的积分区域,其中单个像素所能存储的最大光电荷量(不向其邻近像素溢出),也称为“满阱容量”。CCD的光敏单元收集光子与产生的电子数目有良好的线性关系,通常来说,2个光子产生一个电子,在输出单元50000个电子产生一个1伏的视频信号,增益为1:1。

        由于热效应产生附加的光子,即暗电流,就会产生不期望的噪声。因此采用CCD芯片这种非稳态结构不用照明,普通的CCD即使在室温的条件下一分钟内就可完全充满电子,而且大约温度每增加7摄氏度,暗电流就会加倍,这就是说芯片的温度升高,噪声就会急剧增加。因此,为了控制暗电流,控制一个比较短的曝光时间非常重要。

CCD光电转化示意图

 

        控制曝光时间的方法是利用机械快门,而如今CCD芯片多采用电子曝光控制,即电子快门。在手工操作模式,用户通常可以选择比如1/50、1/100、1/500秒的一些离散的快门速度(积分时间);而在自动电子快门模式快门速度能够根据入射光的强度自动调整。如果光的强度太弱,则可以通过长积分时间模式或控制增益的方式来增强弱的CCD信号。   

京ICP备12022927号
北京市海淀区上地信息路1号国际科技创业园1—1705
© Copyright 2011 北京盈美智科技 All rights reserved.