CCD復習資料匯總最終版精簡

1、CCD復習知識點匯總最近修改時間：2017年10月課程：CCD原理與應用考試：5大題：單項選擇題15道（3）,簡單題（2.5），分析題I （1.5），分析題II （ 2）， 綜合題（1）1. CCD定義CCD是英文Charge Coupled Devices 的縮寫，譯作電荷耦合器件”是以電荷包的形式 存儲和傳遞信息的半導體表面器件。CCD由哪幾部分組成？CCD是由規(guī)則排列的金屬 一氧化物一半導體（Metal Oxide Semiconductor,MOS ）電容 陣列組成。主體部分：信號電荷轉(zhuǎn)移部分（ MOS電容器構成動態(tài)移位寄存器）用于存儲傳輸電荷。 輸入部分：對信號電荷的采樣（電注入或光

2、注入）將信號電荷導引到轉(zhuǎn)移柵下面的勢阱中。輸出部分：將CCD最后一個轉(zhuǎn)移柵下的勢阱信號電荷引出，并檢出電荷所輸運的信息。2. CCD的發(fā)明時間與地點發(fā)明：1969年秋，由美國貝爾實驗室提出 （W.S博伊爾、G.E史密斯）。1970年3月的電 子工程師協(xié)會（IEEE）國際會議上首次發(fā)表。3. CCD的工作過程分4步：信號輸入、電荷存儲、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。4. CCD的應用分三個方面：圖像傳感、信號處理和數(shù)字存儲。5. 應用：數(shù)字攝像機、X射線拍照、遙感、制導，微光夜視、內(nèi)窺鏡，顯微鏡TV電話、車輛后視、傳真機、掃描儀，數(shù)字照相機1. 表面勢、勢阱的概念，CCD的基本構成單元構成CCD的基本單元

3、是 MOS（金屬氧化物半導體）結構。勢阱：表征MOS電容存儲電荷的能力。表面勢：半導體與絕緣體界面上的電勢s2. 電荷耦合過程及其概念，電極的作用電荷耦合就是電荷轉(zhuǎn)移。電荷耦合：移位寄存器中電荷在外加柵壓有序的變化下，從一個電極的勢阱向下一個電極下的勢阱轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象?；窘Y構應包括：轉(zhuǎn)移電極結構、轉(zhuǎn)移溝道結構、信號輸入結構和信號檢測結構。電極的作用：在驅(qū)動信號作用下使電荷定向轉(zhuǎn)移，相鄰勢阱耦合。3. CCD輸出信號特點？ *重點單溝道線陣CCD雙溝道線陣 CCD 每個象素的輸出信號浮置在一個正的直流電壓上（如：5V）,信號電平在幾十s幾百 mV變化，呈單極性負向變化。 輸出信號隨時間軸按離散形式

4、出現(xiàn)，每個電荷對應一個象元，中間由復位電平隔離（信號包含復位脈沖干擾）。 將空間分布光學圖像變換為按時間分布的離散電壓信號。4. 光注入型：用于圖象傳感 電注入型：用于信號存儲和處理光注入時間tc由CCD驅(qū)動器的轉(zhuǎn)移脈沖的周期決定5. ICCD 工作過程： 將景物成像在 CCD光敏面上，光敏面將每個像敏單元的圖像照度轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯姾纱嬖贛OS電容器中； 轉(zhuǎn)移到移位寄存器 （轉(zhuǎn)移電極下的勢阱） 中； （在驅(qū)動脈沖作用下）順序移出電荷并轉(zhuǎn)為電壓。ICCD兩種形式： 單溝道線陣CCD雙溝道線陣CCD1轉(zhuǎn)移效率n和轉(zhuǎn)移損失率&n： 次轉(zhuǎn)移后到達下一個勢阱中的電荷量與原來勢阱中的電荷之比 ：電荷包在一次轉(zhuǎn)

5、移過程中損失的電荷量占原電荷量的百分比2. 影響轉(zhuǎn)移效率的因素 界面態(tài)對電荷的俘獲可能造成轉(zhuǎn)移損失界面態(tài) 界面態(tài)影響 克服方法： “胖零” （驅(qū)動時鐘）工作頻率對轉(zhuǎn)移效率的影響3. 驅(qū)動時鐘的工作效率的上下限，以及上下限限制的決定因素結論：工作頻率的上限由電荷包的轉(zhuǎn)移時間 t 決定。 結論：工作頻率的下限由少數(shù)載流子的壽命T決定 .4. 響應度、飽和曝光量光響應度a （斜率）：在線性區(qū)，直接反映 CCD象元靈敏度和電荷/電壓能力。 反映單位曝光量的增長下能產(chǎn)生電荷的能力。飽和曝光量：CCD俞出不再隨曝光量變化而變化時對應臨界點處的曝光量值5. CCD 光譜響應表示CCD寸各種單色光能的相對的響

6、應能力，其中響應度最大的波長稱峰值響應波長。6. 噪聲噪聲源： （1） 由于電荷注入器件引起的噪聲；（2）電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量的變化引起的噪聲；（3）由檢測產(chǎn)生的噪聲。 光子噪聲（輸入噪聲） 俘獲噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲） 胖零噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲） 檢測噪聲（輸出噪聲） 暗電流噪聲7. CCD 分辨率分辨率：CCD能分辨的最小空間距離。象元數(shù)越多，象元中心距越小，CCD分辨率越高。8. 吸光度、光功率損耗、光功率的相關計算（MV - dBm）四、TCD1206為例，像元22361. 光敏元陣列總長如何計算？光敏元陣列總長計算：N個光電二極管*光敏單元尺寸3. SH的最小周期確定和什么有關？SH的最小時鐘周

7、期 TSH1118（像元/2）T1 （因分奇、偶兩列移出） T1為1的周期4. 在SH為高電平時，1為什么要有個更寬的脈沖？SH（sh）為高時且 1為寬時電荷轉(zhuǎn)移，MOS電容存儲勢阱電荷向橫向模擬移位寄存器1電極下的勢阱轉(zhuǎn)移。全部感光單元電荷并行轉(zhuǎn)移只此刻SH為高時可以轉(zhuǎn)移。1加寬為保證有足夠的時間完成轉(zhuǎn)移。五2. 并行輸出的優(yōu)點？并行輸出的線陣CCD在相同頻率驅(qū)動脈沖的作用下可以獲得更高的信號輸出速率，這在用線陣CCD僉測高速運動物體圖像的應用中具有非常重要的作用。3. 開花”概念擴散到鄰m as “ I （1 l.t I ! U 14 J.5 M7 I M液 K.A （I*濁&.弊通單鎮(zhèn)尢

8、野的童涮覆隹燮憂示意閣三個窗口C波段、L波段“開花”是指光敏單元所存儲的電荷超出了勢阱容納電荷的容量而溢出勢阱, 近勢阱的現(xiàn)象。4. 結構特點：象元三個為一組，每組含RGB紅綠藍）三色彩色線陣CCD有兩種形式：單行串行和三行并行5. 特種CCD中的“灰度”的概念把圖像的兩都從最亮到最暗分成 10個亮度等級，改亮度等級稱謂灰度。 由實踐中得知， 若灰度等級不少于 6級，圖像層次已較清楚。 微光CCD攝像系統(tǒng)中，CCD的灰度等級比較高， ?？梢苑譃?56個等級，但光電陰極和顯示器的亮度等級低。6. 1主動紅外攝像系統(tǒng)原理：當紅外光源照射目標時， 目標反射的紅外光被攝像機所攝取，并將不可見的紅外光轉(zhuǎn)

9、換成可見光，在屏幕上顯示出來，實現(xiàn)紅外攝像。主動紅外攝像系統(tǒng)組成：由紅外光源和紅外攝像器件應用：由于不受環(huán)境照明的限制，即使在漆黑的夜晚和中近距離內(nèi)，主動紅外電視也可獲得清晰的圖像。用面陣紅外光源，可以實現(xiàn)大范圍的監(jiān)視，加之近紅外攝相機體積小、成本低， 因此紅外線攝像系統(tǒng)有著廣泛的用途，諸如銀行、倉庫、港口、哨所等要害部位的夜間監(jiān)視，軍事、公安部門的監(jiān)視、偵查，膠片生產(chǎn)、沖印的質(zhì)量檢驗，生物夜間習性的研究，人體一 些部位的病變一一比如早期乳腺癌的檢查、探測等等，都收到了十分良好的效果。（2）被動紅外攝像系統(tǒng)原理：不需要紅外線照明，依靠目標本身紅外輻射實現(xiàn)攝像望遠紅外攝像：望遠紅外CCD電視系統(tǒng)

10、對于海陸空三軍的遠距離低空觀察都有著廣泛的應用前景。在航空航天攝像方面中紅外CCD攝像：光學參數(shù)分析、遙感、目標追蹤、醫(yī)療8. COMS與CCD的不同之處互補金屬氧化物半導體圖像傳感器CMOS- Compleme ntaryMetal Oxide Semic on ductorCMOfD CCD勺主要區(qū)別是CCD是集成在半導體單晶材料 上，而CMO淀集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上。六2. 輻射效率，發(fā)光效率輻射效率及發(fā)光效率在給定入1入2波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比，稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率。光源發(fā)射的總光通量與提供的功率之比稱為發(fā)光效

11、率。4. 氣體放電燈的工作原理工作原理：通過高壓使氣體電離放電，產(chǎn)生很強的光輻射， 而不像鎢絲燈那樣通過加熱燈絲使其發(fā)光，因而也稱氣體放電燈光源為冷光源。5. 氙燈的種類汞燈汞燈又稱水銀燈，是利用汞蒸氣放電發(fā)光而制成的燈，按汞蒸氣壓的不同可分 為低壓、高壓和超高壓三種。氙燈可分為長弧氙燈、短弧氙燈和脈沖氙燈三種。長弧氙燈發(fā)光光譜的峰值與人眼的最靈敏波長接近脈沖氙燈高速攝影技術中獲得廣泛的應用6. 發(fā)光二極管發(fā)射的光譜峰值波長由何決定？2014諾貝爾物理學獎發(fā)光二極管發(fā)射的光譜峰值波長由材料的禁帶寬度決定。今年的諾貝爾物理學獎得主發(fā)明了一種新型節(jié)能環(huán)保光源一一藍光二極管。7. 混合光譜？光源顏色

12、定義？光源選擇的基本要求？混合光譜：由連續(xù)光譜與線、帶光譜混合而成。光源的顏色包含了兩方面的含義，即色表和顯色性。對光源發(fā)光光譜特性的要求、對光源發(fā)光強度的要求、對光源穩(wěn)定性的要求七2. 什么叫二值化處理？有哪幾種方法？哪種精度最高？什么叫浮動閾值法？優(yōu)點是什么？二值化處理是把圖像和背景作為分離的二值（0, 1）對待二值化處理方法：固定閾值法、浮動閾值法、微分法、比較法微分法 （精度最高）浮動閾值法 定義：使電壓比較器的閾值電壓隨測量系統(tǒng)的光源或隨CCD俞出視頻信號的幅值浮動。尺寸測量原理：在得到的二值化方波脈沖中填入與CCD像敏單元尺寸有關的高頻時鐘脈沖，并對其中的高頻時鐘脈沖計數(shù)，再乘以單

13、個高頻時鐘脈沖對應的尺寸（脈沖當量）。被測尺寸=計數(shù)值X脈沖當量4.硬件二值化數(shù)據(jù)采集電路的功能、適用條件、用于二值化技術脈沖要求？ 電路功能：1. 在二值化波形高電平期間計$ t的個數(shù).2. $ t應是$ r脈沖（與像素信號同頻率）頻率的整數(shù)倍，S是轉(zhuǎn)移脈沖.3. $ c的上升沿時刻應對應CCD輸出的第一個有效像元（二值化波形一定在$ c上升沿時刻之后時段）4. 鎖存信號發(fā)生在 二值化信號下降沿 之后的瞬間。適用條件：一個行周期內(nèi)只有一個二值化脈沖；只能采集二值化脈沖的寬度或尺寸，無法檢測物體的位置。（CCD有哪些象元被遮擋不知道）輸入脈沖要求 :? Fc的上升沿對應于CCD俞出信號的第一個

14、有效像素單元? CR t脈沖頻率是復位脈沖 RS頻率的整數(shù)倍fcRt Nf RS5. 邊沿送數(shù)的二值化數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)據(jù)采集過程由線陣CCD亍同步脈沖Fc控制的二進制計數(shù)器對每行的標準脈沖進行計數(shù)。CCD輸出的載有被測物體尺寸信息的視頻信號經(jīng)過二值化處理電路產(chǎn)生被測信號的 方波脈沖。 將方波脈沖分別送給兩個邊沿信號產(chǎn)生電路，該電路產(chǎn)生兩個上升沿，它們分別對 應于方波脈沖的前、后邊沿，即線陣CCD上的兩個位置。7. 用于CCD數(shù)據(jù)采集的計算機接口類型（四種）；計算機接口的作用，解決四個問題ISA 接口 PCI 接口 EPP 接口 USB 接口由于計算機的外圍設備品種繁多，主機CPU與外設之間的數(shù)據(jù)交換必須通過接口完成，協(xié)調(diào)解決如下問題： 速度不匹配問題：外設的工作速度要比CPU慢得多 時序不匹配問題：外設有自己的定時控制電路，以自己的速度傳輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一 信息格式不匹配問題：不同外設處理和存儲的信息格式不同 信息類型不匹配問題：信號類型不同，如數(shù)字信號與模擬信號八（看 PPT）1.光源經(jīng)過聚光鏡后，成像于物平面上的照明方法，稱為臨界照明。 優(yōu)點：亮度高，結構簡單（若忽略光能的損失，則光源像的亮度與光源本身相同，因此，這 種方法相當于在物平面上放置光源） 缺點：照度不均