CCD相機(jī)的知識(shí)簡(jiǎn)介

會(huì)計(jì)學(xué)1CCD相機(jī)的知識(shí)簡(jiǎn)介如何準(zhǔn)確地描述一幅圖像一、成像原理第1頁(yè)/共125頁(yè)感光芯片的設(shè)計(jì)思想：就是分割被描述區(qū)域，用相應(yīng)的灰度填充。一、成像原理第2頁(yè)/共125頁(yè)實(shí)物圖像數(shù)字量光子模擬量（電壓）電荷光源顯示設(shè)備A/D轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換設(shè)備放大設(shè)備一、成像原理第3頁(yè)/共125頁(yè)實(shí)物圖像數(shù)字量光子模擬量（電壓）電荷光源顯示設(shè)備A/D轉(zhuǎn)換CCDsensor后端電路一、成像原理第4頁(yè)/共125頁(yè)實(shí)物圖像光子模擬量（電壓）電荷日光監(jiān)視器CCDsensor相機(jī)后端電路模擬相機(jī)+監(jiān)視器一、成像原理第5頁(yè)/共125頁(yè)實(shí)物圖像數(shù)字量光子模擬量（電壓）電荷光源PC模擬采集卡CCDsensor相機(jī)后端電路模擬相機(jī)+模擬采集卡一、成像原理第6頁(yè)/共125頁(yè)實(shí)物圖像數(shù)字量光子模擬量（電壓）電荷光源A/D轉(zhuǎn)換CCDsensor相機(jī)后端電路PC數(shù)字采集卡數(shù)字相機(jī)+數(shù)字采集卡一、成像原理第7頁(yè)/共125頁(yè)由于光電轉(zhuǎn)換設(shè)備和放大設(shè)備都是針對(duì)微觀(guān)的電荷進(jìn)行量化操作。就需要一個(gè)精密的器件來(lái)完成這兩個(gè)過(guò)程。我們常用的是

CCD

和CMOS二、CCD和CMOS的比較第8頁(yè)/共125頁(yè)CCD(ChargeCoupledDevice) 電荷藕合器件圖像傳感器CCD，它集成在高感光度的半導(dǎo)體單晶材料上，能把光線(xiàn)轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線(xiàn)照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫(huà)面。CMOS(ComplementaryMetal-Oxide-Semiconductor) 互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體，它集成在被稱(chēng)做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上。第9頁(yè)/共125頁(yè)CCDsensor放大A/D光子電子電壓數(shù)字信號(hào)CMOS芯片可以在像素上同時(shí)完成這兩個(gè)步驟CCD與CMOS的光電轉(zhuǎn)換示意圖：由上面兩圖可看出：CMOS和CCD最大的區(qū)別是CMOS的電荷到電壓轉(zhuǎn)換過(guò)程是在每個(gè)像素上完成的二、CCD和CMOS的比較第10頁(yè)/共125頁(yè)由于上面所說(shuō)的結(jié)構(gòu)，CCD的電路更改更方便。而由于CMOS的過(guò)分集成，電路更改不方便，但可靠性高。CMOS功耗小。CMOS噪聲大。CCD信噪比的典型值一般為45－55dB。CMOS傳感器有固定比CCD傳感器高10倍的噪音。CMOS速度快。由結(jié)構(gòu)決定。成本CMOS便宜一些。二、CCD和CMOS的比較第11頁(yè)/共125頁(yè)CMOS靈敏度差。CMOS傳感器對(duì)光線(xiàn)的靈敏度不好，感光度通常比CCD傳感器低10倍。人眼能看到1Lux照度（滿(mǎn)月的夜晚）以下的目標(biāo)，CCD傳感器通常能看到比人眼略好，大約能看到在0.1~3Lux照度以下的目標(biāo)，是CMOS傳感器感光度的3到10倍。CMOS傳感器的感光度一般在6到15Lux的范圍內(nèi)。二、CCD和CMOS的比較第12頁(yè)/共125頁(yè)二、CCD和CMOS的比較因?yàn)镃MOS傳感器在10Lux以下基本沒(méi)用，因此大量工業(yè)及廣播級(jí)攝像機(jī)都使用CCD傳感器，CMOS傳感器一般用于低端產(chǎn)品。在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也不太好。

由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。CCD在圖像的質(zhì)量上更有優(yōu)勢(shì)。而常見(jiàn)的高速攝像頭則會(huì)采用CMOS芯片。第13頁(yè)/共125頁(yè)三、CCD的工作過(guò)程典型的CCD結(jié)構(gòu)圖第14頁(yè)/共125頁(yè)三、CCD的工作過(guò)程1.有一個(gè)光電轉(zhuǎn)換裝置把入射到每一個(gè)感光像素上的光子轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)量的電荷。第15頁(yè)/共125頁(yè)三、CCD的工作過(guò)程2.這些電荷可以被儲(chǔ)存起來(lái)。第16頁(yè)/共125頁(yè)三、CCD的工作過(guò)程3.電荷可以被有秩序地轉(zhuǎn)移出感光區(qū)域。第17頁(yè)/共125頁(yè)三、CCD的工作過(guò)程3.電荷可以被有秩序地轉(zhuǎn)移出感光區(qū)域。第18頁(yè)/共125頁(yè)CCD單元部分，就是一個(gè)由金屬-氧化物-半導(dǎo)體組成的電容器。這一裝置能夠完成光電轉(zhuǎn)換。在P型單晶硅的襯底上做一層絕緣氧化膜，通過(guò)活化置換技術(shù)再在氧化膜表面做出許多排列整齊的可透光的電極，當(dāng)光線(xiàn)通過(guò)時(shí)，氧化膜與P型單晶硅之間產(chǎn)生電荷，其電荷的數(shù)量與光照強(qiáng)度及照射時(shí)間成正比。1.光-電轉(zhuǎn)換第19頁(yè)/共125頁(yè)若在電極上施加一個(gè)適當(dāng)?shù)恼妷海瑫?huì)形成電荷耗盡區(qū)，即能夠吸引電子的勢(shì)阱。電極上所加的電壓越高，勢(shì)阱越深，電荷留在阱內(nèi)量越多。只要電壓存在，電子就能儲(chǔ)存在勢(shì)阱里。當(dāng)景物的光照射到CCD時(shí)，具有光敏特性的P型硅在光量子的激發(fā)下產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，空穴移向襯底而消失，電子進(jìn)入勢(shì)阱并存儲(chǔ)在那里。由于絕緣氧化物層使得電子不能穿過(guò)而到達(dá)電極，因此存貯在勢(shì)阱里的電子形成了電荷包，其電荷量的多少與光照強(qiáng)度成正比，于是所有電極下的電荷包就組成了與景物相對(duì)應(yīng)的電荷像。2.電荷儲(chǔ)存第20頁(yè)/共125頁(yè)這一過(guò)程存在著以下問(wèn)題：當(dāng)一個(gè)像素聚集過(guò)多的電荷后，就會(huì)出現(xiàn)電荷溢出，溢出的電荷會(huì)跑到相鄰的像素勢(shì)阱里去。這樣電荷的電量就不能如實(shí)反映原物。要避免這種情況發(fā)生的方法：A把桶做大些；B減少測(cè)量時(shí)間；C把裝滿(mǎn)水的桶倒出一些；D做個(gè)導(dǎo)流管，讓溢出的水流到地上去，不要流到其它桶里。第21頁(yè)/共125頁(yè)對(duì)應(yīng)的方法：A增大單位像素尺寸；B縮短曝光時(shí)間； 缺點(diǎn)：對(duì)于暗的部分曝光不足C間歇開(kāi)關(guān)時(shí)鐘電壓； 缺點(diǎn)：會(huì)降低速度D溢出溝道和溢出門(mén)； 缺點(diǎn)：制作復(fù)雜，且還有缺陷所以，增大像素尺寸是最完善的做法。第22頁(yè)/共125頁(yè)當(dāng)一個(gè)CCD芯片感光完畢后。每個(gè)像素所轉(zhuǎn)換的電荷包，就按照一行的方向轉(zhuǎn)移出CCD感光區(qū)域。為下一次感光釋放空間。3.電荷轉(zhuǎn)移第23頁(yè)/共125頁(yè)在同一個(gè)像素區(qū)域，應(yīng)該有電荷儲(chǔ)存空間和用來(lái)轉(zhuǎn)移的空間。這樣才能順利完成轉(zhuǎn)移。第24頁(yè)/共125頁(yè)勢(shì)阱的深淺由電極上所加電壓的大小決定。電荷在勢(shì)阱內(nèi)可以流動(dòng)，它總是從相鄰淺阱里流進(jìn)深阱中，這種電荷流動(dòng)稱(chēng)為電荷轉(zhuǎn)移。若有規(guī)律改變電極電壓，則勢(shì)阱的深度就會(huì)隨之變化，勢(shì)阱內(nèi)電荷就可以按人為確定的方向轉(zhuǎn)移，直到最終由輸出端輸出。Phase

1Phase

2Phase

3GateSiO2

LayerDirection

of

Transfert0t1t2t3t4第25頁(yè)/共125頁(yè)電荷轉(zhuǎn)移分單相驅(qū)動(dòng)、雙相驅(qū)動(dòng)、三相驅(qū)動(dòng)及四相驅(qū)動(dòng)等多種方式，除了電極構(gòu)造及所加電壓波形不同以外，其轉(zhuǎn)移原理是一樣的。四相驅(qū)動(dòng)方式的驅(qū)動(dòng)電路比較復(fù)雜，但相鄰勢(shì)阱的深度差較大，電荷的存貯量也大，容易實(shí)現(xiàn)隔行掃描，在專(zhuān)業(yè)級(jí)攝像機(jī)中應(yīng)用較為廣泛。四相驅(qū)動(dòng)方式即將絕緣層上的電極按列的方式每四個(gè)分為一組，形成一個(gè)象素單元，每組電極分別加上不同的偏置電壓，則在電極下絕緣膜與P型硅之間就產(chǎn)生不同深度的勢(shì)阱，如果有規(guī)律地改變電極上的電壓值，使勢(shì)阱產(chǎn)生變化，就可以使電子定向移動(dòng)，這也就是CCD的掃描讀出原理。第26頁(yè)/共125頁(yè)CCD根據(jù)轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)移方式的不同又可以分成：幀轉(zhuǎn)移(FT)方式行間轉(zhuǎn)移(IT)方式幀行間轉(zhuǎn)移(FIT)方式第27頁(yè)/共125頁(yè)四、CCD的四種類(lèi)型InterlineTransferFullFrameFrameTransferLine線(xiàn)陣第28頁(yè)/共125頁(yè)CCD曝光后所產(chǎn)生的電荷都被轉(zhuǎn)移到附近的移位寄存器，通過(guò)垂直傳送向下轉(zhuǎn)移到底部，按一定排序輸出，它的優(yōu)點(diǎn)在于曝光后即可將電荷儲(chǔ)存在寄存器，繼續(xù)拍照速度較快，感光和傳輸不在同一列，從而避免了兩者之間的沖突。1.Interlinetransfer第29頁(yè)/共125頁(yè)隔行傳輸?shù)娜秉c(diǎn)是，寄存器占用了感光面的面積，相應(yīng)地犧牲了動(dòng)態(tài)范圍。芯片并不是所有面積都在感光，這樣，對(duì)于定位測(cè)量要求比較高的應(yīng)用會(huì)有影響。這種CCD成本較低。

1.Interlinetransfer第30頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer第31頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer第32頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第33頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第34頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第35頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第36頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第37頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第38頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第39頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第40頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer第41頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer第42頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayInterlineTransfer第43頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第44頁(yè)/共125頁(yè)1.InterlinetransferInterlineTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第45頁(yè)/共125頁(yè)2.Fullframe陣列的每一個(gè)像素都感光。傳輸時(shí)，每一列向單行串行寄存器上相對(duì)應(yīng)的位置轉(zhuǎn)移。同時(shí)，串行寄存器向陣列的出口轉(zhuǎn)移。是一種架構(gòu)更簡(jiǎn)單的感光設(shè)計(jì)。鑒于Interline的缺點(diǎn)，F(xiàn)ullFrame可以利用整個(gè)感光區(qū)域(沒(méi)有寄存區(qū)的設(shè)計(jì))，有效的增大感光面積，同時(shí)也適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間曝光。第46頁(yè)/共125頁(yè)感光和電荷輸出過(guò)程是分開(kāi)的。因此FullFrame的相機(jī)在傳送電荷時(shí)必須使用機(jī)械快門(mén)(無(wú)法使用電子快門(mén))，同時(shí)也限制了FullFrame

CCD連續(xù)拍照的能力。2.Fullframe第47頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayFullFrame第48頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第49頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterOutputNodeActiveArray第50頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayADC第51頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第52頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayADC第53頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第54頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameADCSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第55頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第56頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameADCSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第57頁(yè)/共125頁(yè)2.FullframeFullFrameSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第58頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferSerialClocksDirection

ofParallel

ShiftParallelClocksforStorageArrayParallelClocksforImageArrayFrame-Transfer

CCDSerialRegisterImage

ArrayStorage

Array(masked)Fulltransfer的架構(gòu)介于Interline和FullFrame之間，它分成上下兩個(gè)部分，上半部是感光區(qū)，下半部是暫存區(qū)。整體來(lái)說(shuō)FrameTransfer非常類(lèi)似FullFrame，它的特點(diǎn)在于直接規(guī)劃一個(gè)大型寄存區(qū)。一旦CCD工作，它可以迅速將電荷轉(zhuǎn)移到下方的寄存區(qū)中，本身可以繼續(xù)曝光。這種設(shè)計(jì)讓FullTransfer同Interline一樣可使用電子快門(mén)，同時(shí)也增加了感光面積和速度，兼顧動(dòng)、靜態(tài)的拍攝能力。第59頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayFrameTransfer第60頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第61頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第62頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第63頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第64頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第65頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第66頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第67頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第68頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第69頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第70頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第71頁(yè)/共125頁(yè)3.FrametransferFrameTransferSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第72頁(yè)/共125頁(yè)FullFrameInterlineTransferFrameTransferHighSpatialResolutionLargeNumberofPixelsGreaterSelectionofCCDFormats100%FillFactorforEntireArrayIntegratewhileClockingHigh-SpeedOperation(Video)Lens-on-ChipTechnologyIntegratewhileClockingHigh-SpeedOperationWellSuitedforComplexReadoutSchemes100%FillFactorinActiveArray第73頁(yè)/共125頁(yè)4.Line線(xiàn)陣Line線(xiàn)陣CCD是以一維感光點(diǎn)構(gòu)成，利用目標(biāo)物與相機(jī)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)掃描圖像。由于照片是一行行組成，所以速度比使用2維CCD（面陣）的相機(jī)慢。第74頁(yè)/共125頁(yè)上面所述都是按照單行單列的模式進(jìn)行電荷傳輸?shù)摹Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中如果單行的像素太多，會(huì)影響傳輸速度。這時(shí)可以使用多通道傳輸。五、CCD的數(shù)據(jù)輸出形式第75頁(yè)/共125頁(yè)1.單輸出(SingleTap)通常是在低分辨率或低速的Line-scanCamera上的設(shè)計(jì)，它的特性是感光后將光轉(zhuǎn)成電荷信號(hào)通過(guò)單一輸出將數(shù)據(jù)傳遞出去。第76頁(yè)/共125頁(yè)2.奇偶雙輸出(DualTaps)通常是在高分辨率或?yàn)榱颂岣邆鬏斔俣鹊脑O(shè)計(jì)，它的特性是感光后分成奇數(shù)及偶數(shù)將光轉(zhuǎn)成電荷信號(hào)分成兩組將數(shù)據(jù)傳遞出去。要是不小心設(shè)定成單輸出，影像就會(huì)如同上圖所示，影像會(huì)有垂直的空隙，影像在放大時(shí)便會(huì)發(fā)現(xiàn)pixel跟pixel中間的黑色影像，其實(shí)數(shù)據(jù)都是空的。第77頁(yè)/共125頁(yè)3.前后雙輸出(DualTaps)通常是在高分辨率或?yàn)榱颂岣邆鬏斔俣鹊脑O(shè)計(jì)，它的特性是在感光后分成前半段及后半段將光轉(zhuǎn)成電荷信號(hào)分成兩組將數(shù)據(jù)傳遞出去。要是不小心設(shè)定成單輸出，影像就會(huì)如上圖所示，影像只有一半，另一半變成黑色影像，其實(shí)數(shù)據(jù)都是空的。第78頁(yè)/共125頁(yè)4.三輸出(TripleTaps)通常是用在RGB彩色CCD上，棱鏡會(huì)依據(jù)光譜的波長(zhǎng)特性(紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng)，再來(lái)是綠光，再來(lái)是藍(lán)光)分別將光線(xiàn)投射至紅、綠、藍(lán)三組CCD上，每個(gè)CCD分別將光轉(zhuǎn)成電荷信號(hào)輸出，雖然三組CCD分別有獨(dú)立的DataClock，但是因?yàn)楸仨氁猂,G,B的數(shù)據(jù)組合在一起才會(huì)變成彩色影像，所以實(shí)際速度并沒(méi)有因?yàn)槊總€(gè)CCD有獨(dú)立的DataClock而加快。第79頁(yè)/共125頁(yè)5.四輸出(QuadTaps)通常是在高分辨率或?yàn)榱颂岣邆鬏斔俣鹊脑O(shè)計(jì)，結(jié)合了雙輸出的奇偶輸出加上前后段輸出的特性分成四組，讓取像速度加快變成四倍。第80頁(yè)/共125頁(yè)6.八輸出(OctalTaps)目前這類(lèi)設(shè)計(jì)出現(xiàn)在超高分辨率的機(jī)種上，除了分出前后段，而且各分出四組輸出，因此取像速度可以提高成八倍而不會(huì)因?yàn)榉直媛屎芨叨顾俣却蟠蠼档汀５?1頁(yè)/共125頁(yè)7.TDI(TimingDelayIntegration)它的CCD結(jié)構(gòu)比較特殊，并非是單排感光而是96排一起感光，即同樣的一次曝光時(shí)間下它會(huì)累積96排的感光量轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)之后再傳輸出去，由于累積的亮度較一般的CCD高，故較適合應(yīng)用在光線(xiàn)較暗無(wú)法提供充足亮度的系統(tǒng)上。但是這種型式十分注重取像頻率及運(yùn)動(dòng)速度的一致性，要是運(yùn)動(dòng)速度不穩(wěn)定取像出來(lái)會(huì)有模糊的情形。第82頁(yè)/共125頁(yè)六、CCD的同步及曝光模式目前CCD有內(nèi)同步及外同步兩種模式第83頁(yè)/共125頁(yè)1.FreeRunMode通常又稱(chēng)內(nèi)同步(SynchronizationMode)模式，像機(jī)廠(chǎng)商在出廠(chǎng)時(shí)都會(huì)設(shè)定為此模式因此又稱(chēng)之為FactoryMode。這種同步模式是依照相機(jī)本身內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)序曝光，采集卡無(wú)法操控相機(jī)取像的時(shí)間點(diǎn)，因此采集卡處于被動(dòng)接收數(shù)據(jù)的角色。而內(nèi)同步模式又可分為Edge-controlledMode

及ProgrammableMode。第84頁(yè)/共125頁(yè)1.FreeRunModeFreeRun,Edge-controlledMode

曝光時(shí)間與線(xiàn)周期時(shí)間相等,由一組內(nèi)部控制信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)上升沿作為開(kāi)始曝光的信號(hào)，直到下一個(gè)周期的上升沿信號(hào)進(jìn)來(lái)時(shí)便將數(shù)據(jù)送出。第85頁(yè)/共125頁(yè)1.FreeRunModeFreeRun,ProgrammableMode

在內(nèi)部控制信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)方波，下降沿時(shí)開(kāi)始曝光，以此縮短曝光時(shí)間，但是曝光周期還是維持不變。第86頁(yè)/共125頁(yè)2.ExSync.Mode即是所謂的外同步(ExternalSynchronizationMode)模式，相機(jī)本身并不會(huì)主動(dòng)產(chǎn)生時(shí)序去曝光，而是通過(guò)采集卡或者其它外部設(shè)備傳送Reset信號(hào)去通知相機(jī)曝光，外同步模式又可分為Edge-controlledMode，Level-controlledMode及ProgrammableMode。第87頁(yè)/共125頁(yè)ExSync.Edge-controlledMode由外部送來(lái)的信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)，主要是取上升沿作為開(kāi)始曝光的信號(hào)，由外同步信號(hào)的周期決定曝光時(shí)間及幀速度。2.ExSync.Mode第88頁(yè)/共125頁(yè)2.ExSync.ModeExSync.Level-controlledMode由外部送來(lái)的信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)，主要是取下降沿作為開(kāi)始曝光的信號(hào)，由外同步信號(hào)的周期決定幀速度。第89頁(yè)/共125頁(yè)2.ExSync.ModeExSync.ProgrammableMode由外部信號(hào)作為同步觸發(fā)信號(hào)，但此上升沿僅作為開(kāi)始曝光的決定信號(hào)，曝光時(shí)間長(zhǎng)短可由使用者設(shè)定，同時(shí)此設(shè)定的曝光時(shí)間也決定幀速度。第90頁(yè)/共125頁(yè)七、CCD的其它相關(guān)知識(shí)第91頁(yè)/共125頁(yè)1.Binning更高的動(dòng)態(tài)范圍更高的信噪比更快的數(shù)據(jù)讀出速度圖像的分辨率隨像素尺寸的大小而變化Binning的作用在于把相臨幾個(gè)像素所積累的電荷累加起來(lái)作為一個(gè)電荷進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這樣做的效果相當(dāng)于把幾個(gè)像素拼成了一個(gè)大像素使用。速度快但分辨率降低。第92頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayBinning第93頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第94頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第95頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第96頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第97頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningADCSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第98頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第99頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArray第100頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningBinningSerialRegisterPreamplifierOutputNodeActiveArrayADC第101頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningHigh-light,full-resolutionimage第102頁(yè)/共125頁(yè)1.BinningLow-light,full-resolutionimage第103頁(yè)/共125頁(yè)1.Binning2x8binnedimageoflow-lightimage第104頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲DarkCurrentNoise(暗電流)PhotonShotNoise(光子噪聲)ReadNoise(讀出噪聲)HEATCCDDeviceElectronics

LightPhysics第105頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲—光子噪聲(PhotonNoise)由器件和工藝造成的；噪聲大小=電子數(shù)目的平方根；很難消除，不易處理；如果光子噪聲超過(guò)讀出噪聲，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率主要由光子噪聲來(lái)決定。第106頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲—讀出噪聲(ReadNoise)依靠精細(xì)的電路設(shè)計(jì)來(lái)盡量減小讀出噪聲；在光信號(hào)較低的條件下，一般讀出噪聲都大于光子噪聲，此時(shí)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確率是由讀出噪聲來(lái)決定的；讀出噪聲的大小與光信號(hào)的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。第107頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲第108頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲—暗電流噪聲(DarkNoise)與器件的環(huán)境溫度有關(guān)；減小暗電流噪聲的方法：冷卻或者M(jìn)PP（數(shù)據(jù)并行處理）技術(shù)。第109頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲—復(fù)位噪聲又稱(chēng)為KTC噪聲；與信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)有關(guān)；采用相關(guān)采樣技術(shù)來(lái)降低。第110頁(yè)/共125頁(yè)2.噪聲—計(jì)算公式TotalNoise=PhotonNoise)2+(ReadNoise)2+(DarkNoise)2系統(tǒng)噪聲=所有類(lèi)型的噪聲的積分和第111頁(yè)/共125頁(yè)利用棱鏡，將光線(xiàn)折射成三部分，在R，G，B三束光線(xiàn)的方向上分別帖上三片感光片各自感光。3.彩色的形成第112頁(yè)/共125頁(yè)利用空間疊放的三片CCD，分別對(duì)R，G，B感光。3.彩色的