《CCD知识简介》PPT课件.ppt
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1、实物图像?图像采集和处理的过程,最基本的是要把实物尽量真实地反映到虚拟的图像上如何准确地描述一幅图像感光芯片的设计思想:就是分割被描述区域,用相应的灰度填充。实物图像数字量光子模拟量(电压)电荷实物图像数字量光子模拟量(电压)电荷光源显示设备A/D转换光电转换设备放大设备实物图像数字量光子模拟量(电压)电荷光源显示设备A/D转换CCD sensor后端电路实物图像光子模拟量(电压)电荷日光 监视器CCD sensor相机后端电路模拟相机 +监视器实物图像数字量光子模拟量(电压)电荷光源 PC 模拟采集卡CCD sensor相机后端电路模拟相机 +模拟采集卡实物图像数字量光子模拟量(电压)电荷光
2、源A/D转换CCD sensor相机后端电路 PC数字采集卡数字相机 +数字采集卡由于 光电转换设备 和 放大设备 都是针对微观的电荷进行量化操作。就需要一个精密的器件来完成这两个过程。我们常用的是 CCD 和 CMOSCCD sensor放大A/D光子电子电压数字信号CMOS 芯片可以在像素上同时完成这两个步骤CCD与与CMOS的光电转换示意图的光电转换示意图由上面两图可看出由上面两图可看出:CMOS和CCD最大的区别是 CMOS的 电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的CCD与与CMOS比较比较1.由于上面所说的结构,CCD的电路更改就更方便。而由于CMOS的过分集成,电路更改就不方便。但
3、可靠性高。2.CMOS功耗小。3.CMOS躁声大。4.CMOS灵敏度差。5.CMOS速度快。由结构决定。6.成本CMOS便宜一些。从以上的对比可以看出:CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高速摄像头则会采用CMOS芯片。CCD 芯片的芯片的示意图示意图 CCD芯片的工作方式要经历如下过程:A 有一个光电转换装置把入射到每一个感光像素上的光 子转化为相应数量的电荷B 这些电荷可以被储存起来C 电荷可以被有秩序地转移出感光区域D 电荷都要经过放大器转化为电压量 CCD单元部分,就是一 个由金属-氧化物-半导体 组成的电容器。这一装置 能够完成光电转换。A 光电转换 当向CCD单元电极施加正电压时
4、,会产生能储存电荷的势阱。由于极板上的正电荷总量恒等于势阱中自由电荷加上负离子的总和,随着电荷的不断注入,势阱会不断变浅,直至饱和B 电荷储存这一过程存在着以下问题:当一个像素聚集过多的电荷后,就会出现电荷溢出 溢出的电荷会跑到相临的像素势阱里去。这样电荷 的电量就不能如实反映原物。也就是常说的blooming 要避免这种情况发生的方法:A 把桶做大些 B 减少测量时间C 把装满水的桶到出一些D 做个导流管,让溢出的水流到地上去,不要流到其他 桶里 对应的方法:A 增大单位像素尺寸B 缩短曝光时间 缺点:对于暗的部分曝光不足C 间歇开关时钟电压 缺点:会降低速度D 溢出沟道和溢出门 缺点:制作
5、复杂,且还有缺陷 所以,增大像素尺寸是最完善的做法增大像素尺寸是最完善的做法。当一个CCD芯片感光完毕后。每个像素所转换的电荷包,就按照一行的方向转移出CCD感光区域。为下一次感光放空间C 电荷转移通常:电荷转移出感光区域的时间,需要抑 制新的电荷注入到芯片。在此,我们加入快门。机械快门(需要相机的曝光信号,速度慢)整帧电子快门滚动电子快门 shutter speedRolling shutter在同一个像素区域,应该有电荷储存空间和用来转移的空间。这样才能顺利完成转移。CCD中电荷包的转移是由各极板下面的势阱不对称引起的。电压高的地方,就会产生相对的势阱,电荷会聚集在势阱里。当高电压的位置按
6、照一定方向转移时,势阱的位置也会随之转移,如此,电荷就会随着移动。把CCD的电极分为几组,相同组的电极施加相同的电压来实现势阱的移动。按照分组情况,可分为:2相,3相和4相CCD。2相CCD势阱与势阱间隔一个电极而4相CCD,其势阱间相隔的电极更多。阻隔相临像素间电荷的溢出能力更强。因而更适用于高速时钟。根据阵列排布方式的不同,根据阵列排布方式的不同,CCD成像器件分成像器件分为线阵列和面阵列两大类。为线阵列和面阵列两大类。线阵线阵CCD的构造相对简单。只是单行的的构造相对简单。只是单行的感光和转移。感光和转移。而面阵芯片复杂一些。下面是一些常见的而面阵芯片复杂一些。下面是一些常见的面阵排列方
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