CCD工作原理教程

圖像傳感器原理介紹

（CCD和CMOS介紹）Ver.1.22006.03.02PreparedByKencyZeng8/21/20231基礎(chǔ)篇未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)ImageSensor的分類ImageSensor的分類有兩種：1.CCD圖像傳感器2.CMOS圖像傳感器未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD圖像傳感器簡介ＣＣＤ（ChargeCoupledDevice，感光耦合組件簡稱）

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDIMAGESENSOR外形未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD通用外形為攝像系統(tǒng)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體，通常市面所見外形如下圖，通常以百萬像素〈megapixel〉為單位。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD發(fā)展史1969年，由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。同年，日本的SONY公司也開始研究CCD。1973年1月，SONY中研所發(fā)表第一個(gè)以96個(gè)圖素并以線性感知的二次元影像傳感器〝8H*8V(64圖素)FT方式三相CCD〞。1974年6月，彩色影像用的FT方式32H*64VCCD研究成功了。1976年8月，完成實(shí)驗(yàn)室第一支攝影機(jī)的開發(fā)。1980年，SONY發(fā)表全世界第一個(gè)商品化的CCD攝影機(jī)(編號(hào)XC-1)。1981年，發(fā)表了28萬個(gè)圖素的CCD(電子式穩(wěn)定攝影機(jī)MABIKA)。1983年，19萬個(gè)圖素的IT方式CCD量產(chǎn)成功。1984年，發(fā)表了低污點(diǎn)高分辨率的CCD。1987年，1/2inch25萬圖素的CCD，在市面上銷售。同年，發(fā)表2/3inch38萬圖素的CCD，且在市面上銷售。1990年7月，誕生了全世界第一臺(tái)V8。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD的分類從信號(hào)傳輸方式上分：全幀傳輸CCD、隔行傳輸CCD兩種；從濾鏡類型來分：原色CCD和補(bǔ)色CCD；從感光單元形狀和排列方式來分：普通CCD和超級(jí)CCD未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD生產(chǎn)廠家目前有能力生產(chǎn)CCD的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp，泰半是日本廠商。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CMOS圖像傳感器簡介ＣＭＯＳ英文全名ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CMOSImageSensor外形未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CMOS發(fā)展史1989年，CMOS圖像傳感開始研制出來。1990年，CMOS專用的DSP研發(fā)成功2002年，CMOS的C3D（ＣＭＯＳＣｏｌｏｒＣａｐｔｉｖｅＤｅｖｉｃｅ）技術(shù)應(yīng)用未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD畫素多寡與尺寸大小沒有絕對(duì)關(guān)系

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD外形尺寸規(guī)格傳統(tǒng)4：3的規(guī)格走向16：9/16：10更寬廣的界線。然而，大多數(shù)DSC消費(fèi)型數(shù)字相機(jī)的CCD長寬比，依然沿襲1950年代電視規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)剛制訂時(shí)4：3的標(biāo)準(zhǔn)（3：2主要仍為DSLR數(shù)字單眼機(jī)身所采用，另中片幅、專業(yè)數(shù)字機(jī)背享有1：1之正方形特殊規(guī)格）。主要是這方面設(shè)計(jì)變更不僅會(huì)影響成本，也會(huì)牽動(dòng)至后續(xù)相機(jī)與鏡頭的設(shè)計(jì)。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD外形尺寸信息未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)

原理篇未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD類型因應(yīng)不同種類的工作需求，業(yè)界發(fā)展出四種不同類型的CCD：Linear線性、Interline掃瞄、全景Full-FrameFrame-Transfer全傳未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD分辨率指的就是ＣＣＤ中有多少像素，也就是指這臺(tái)數(shù)字相機(jī)的ＣＣＤ上有多少感光組件。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD的組成結(jié)構(gòu)CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD更接近于人眼對(duì)視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。CCD經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)黑白CCD的組成結(jié)構(gòu)圖未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的組成結(jié)構(gòu)分圖CCD的三層結(jié)構(gòu)：上：增光鏡片、中：色塊網(wǎng)格下：感應(yīng)線路由微型鏡頭、馬賽克分色網(wǎng)格，及墊于最底層的電子線路矩陣所組成未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD運(yùn)行圖未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD運(yùn)行圖說明是1980年初，由SONY領(lǐng)先發(fā)展出來的技術(shù)。這是為了有效提升CCD的總畫素，又要確保單一畫素持續(xù)縮小以維持CCD的標(biāo)準(zhǔn)體積。因此，必須擴(kuò)展單一畫素的受光面積。但利用提高開口率來增加受光面積，反而使畫質(zhì)變差。所以，開口率只能提升到一定的極限，否則CCD將成為劣品。為改善這個(gè)問題SONY率先在每一感光二極管上（單一畫素）裝置微小鏡片。這個(gè)設(shè)計(jì)就像是幫CCD掛上眼鏡一樣，感光面積不再因?yàn)閭鞲衅鞯拈_口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。如此一來，可以同時(shí)兼顧單一畫素的大小，又可在規(guī)格上提高了開口率，使感光度大幅提升。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD混色（RGB色）原理CCD的第二層是『分色濾色片』，這個(gè)部份的作用主要是幫助CCD具備色彩辨識(shí)的能力?；氐皆搭^，CCD本身僅是光與電感應(yīng)器，透過分色濾片，CCD可以分開感應(yīng)不同光線的『成分』，從而在最后影響處理器還原回原始色彩。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的原色原理目前CCD有兩種分色方式：一是RGB原色分色法，另一個(gè)則是CMYG補(bǔ)色分色法，這兩種方法各有利弊，過去原色和補(bǔ)色CCD的產(chǎn)量比例約在2：1左右，2003年后由于影像處理引擎的技術(shù)和效率進(jìn)步，目前超過80％都是原色CCD的天下。

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的補(bǔ)色原理補(bǔ)色CCD由多了一個(gè)Y黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細(xì)，但卻犧牲了部分影像分辨率，而在ISO值上，補(bǔ)色CCD可以容忍較高的感度，一般都可設(shè)定在800以上。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的感光層這層主要是負(fù)責(zé)將穿透濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子訊號(hào)，并將訊號(hào)傳送到影像處理芯片，將影像還原。這個(gè)部份可以說是CCD真正核心的部份，主要的CCD設(shè)計(jì)大致上分成幾個(gè)區(qū)塊。被稱為畫素Pixel（Photodiodes）感光二極管，主要是應(yīng)用于光線感應(yīng)部份，Gate區(qū)有一部份被用作電子快門，藍(lán)色區(qū)塊則是布局為電荷通路，用來傳導(dǎo)電荷之用。白色區(qū)塊就是ChargeDrain，也有稱為ShieldedShiftRegisters，中文或可翻為電荷儲(chǔ)存區(qū)，主要功用為收集經(jīng)二極管照射光線后所產(chǎn)生之電荷。

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD工作方式一分解CCD結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，為了幫助CCD能夠組合呈彩色影像，網(wǎng)格被發(fā)展成具有規(guī)則排列的色彩矩陣，這些網(wǎng)格以紅R、綠G和藍(lán)B濾鏡片所組成（三原色CCD），亦有補(bǔ)色CCD（為CMYG..Y黃色）。每一個(gè)CCD組件由上百萬個(gè)MOS電容所構(gòu)成（光點(diǎn)的多寡端看CCD的畫素而定）。當(dāng)數(shù)字相機(jī)的快門開啟，來自影像的光線穿過這些馬賽克色塊會(huì)讓感光點(diǎn)的二氧化硅材料釋放出電子〈負(fù)電〉與電洞〈正電〉。經(jīng)由外部加入電壓，這些電子和電洞會(huì)被轉(zhuǎn)移到不同極性的另一個(gè)硅層暫存起來。電子數(shù)的多寡和曝光過程光點(diǎn)所接收的光量成正比。在一個(gè)影像最明亮的部位，可能有超過10萬個(gè)電子被積存起來。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD工作方式二圖左：階段一，CCD接受光線的照射產(chǎn)生電荷/圖右：階段二，外加電壓將CCD所『產(chǎn)生』的電荷移往緩沖區(qū)圖左：階段三，電荷轉(zhuǎn)換成電壓，電壓經(jīng)ADC判讀數(shù)字訊號(hào)/圖右：階段四，依順序?qū)⒂嵦?hào)移往緩沖區(qū)組合未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)

CCD的工作原理

CCD的結(jié)構(gòu)就象一排排輸送帶上并排放滿了小桶，光線就象雨滴撒入各個(gè)小桶，每個(gè)小桶就是一個(gè)像素。按下快門拍照的過程，就是按一定的順序測(cè)量一下某一短暫的時(shí)間間隔中，小桶中落進(jìn)了多少“光滴”，并記在文件中。一般的CCD每原色的光度用8位來記錄，即其小桶上的刻度有8格，也有的是10位甚至12位，10位或12位的CCD在記錄色彩時(shí)可以更精確，尤其是在光線比較暗時(shí)。早期的CCD是隔行掃描的，同一時(shí)刻，每兩行小桶，只有一行被測(cè)量，這樣可以提高快門速度，但圖像精度大為降低。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人們已能讓CCD記錄在幾十分之一秒，甚至幾千分之一秒的時(shí)間里，落進(jìn)各個(gè)“小桶”的“光滴”的量，所以，新的CCD一般都是逐行掃描的。

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD工作方式三曝光之后所有產(chǎn)生的電荷都會(huì)被轉(zhuǎn)移到鄰近的移位緩存器中，并且逐次逐行的轉(zhuǎn)換成信號(hào)流從矩陣中讀取出來。這些強(qiáng)弱不一的電荷訊號(hào)，會(huì)先被送入一個(gè)QV（Electrontovoltageconverte）之中，將電荷轉(zhuǎn)換成電壓；下一步再將電壓送入放大器中進(jìn)一步放大，然后才是A/D模擬數(shù)字訊號(hào)轉(zhuǎn)換器（ADCAnalogtoDigitalConverter）。ADC轉(zhuǎn)換器能將信號(hào)的連續(xù)范圍配合色塊碼賽克的分布，轉(zhuǎn)換成一個(gè)2D的平面表示列，它讓每個(gè)畫素都有一個(gè)色調(diào)值，應(yīng)用這個(gè)方法，再由點(diǎn)組成網(wǎng)格，每一個(gè)點(diǎn)（畫素）現(xiàn)在都有用以表示它所接受的光量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，可以顯示強(qiáng)弱大小，最終再整合影像輸出。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD的ADC轉(zhuǎn)換電壓至數(shù)字訊號(hào)示意圖

ADC轉(zhuǎn)換電壓至數(shù)字訊號(hào)示意圖：此ADC為8位處理器可以將電壓訊號(hào)分成256（0～255）個(gè)位階判讀

ADC位數(shù)的多寡將決定畫質(zhì)的精細(xì)程度，目前SONY量產(chǎn)14位之ADC，多數(shù)的數(shù)字相機(jī)都可達(dá)到12位以上未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)Linear純線性

線型CCD是以一維感光點(diǎn)構(gòu)成，透過步進(jìn)馬達(dá)掃瞄圖像，由于照片是一行行組成，所以速度較使用2維CCD的數(shù)字相機(jī)來得慢。這型CCD大多用于平臺(tái)式掃描儀之上。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)InterlineTransfer掃瞄型

CCD的曝光步驟就如同前面所介紹的相同，IL型CCD的優(yōu)點(diǎn)在于曝光后即可將電荷儲(chǔ)存于緩存器中，組件可以繼續(xù)拍攝下一張照片，因此速度較快，目前的反應(yīng)速度以已經(jīng)可達(dá)每秒15張以上。相對(duì)性的缺點(diǎn)則是暫存區(qū)占據(jù)了部份感光面積，因此動(dòng)態(tài)范圍（DynamicRange-系統(tǒng)最亮與最暗之間差距所能表現(xiàn)的程度）較小。不過，由于速度快、成本低，市面上超過8成以上的數(shù)字相機(jī)都采用IL型CCD為感光組件未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)

全景Full-Frame

全像CCD則是一種架構(gòu)更簡單的感光設(shè)計(jì)。有鑒于IL的缺點(diǎn)，F(xiàn)F改良可以利用整個(gè)感光區(qū)域（沒有暫存區(qū)的設(shè)計(jì)），有效增大感光范圍，同時(shí)也適用長時(shí)間曝光。其曝光過程和Interline相同，不過感光和電荷輸出過程是分開。因此，使用FFCCD的數(shù)字相機(jī)在傳送電荷信息時(shí)必須完全關(guān)閉快門，以隔離鏡頭入射的光線，防止干擾。這也意味著FF必須使用機(jī)械快門（無法使用IL的電子CLOCK快門)，同時(shí)也限制了FFCCD的連續(xù)拍攝能力。Full-FrameCCD大多被用在頂級(jí)的數(shù)位機(jī)背上。

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)Frame-Transfer全傳

全傳CCD的架構(gòu)則是介于IL和FF之間的產(chǎn)品，它分成兩個(gè)部分上半部分是感光區(qū)，下半部則是暫時(shí)存儲(chǔ)區(qū)。整體來說Frame-TransferCCD非常的類似Full-FrameCCD，它的特點(diǎn)在于直接規(guī)劃了一個(gè)大型暫存區(qū)。一旦FTCCD運(yùn)作，它可以迅速將電荷轉(zhuǎn)移到下方的暫存區(qū)中，本身則可以繼續(xù)曝光拍照。這個(gè)設(shè)計(jì)，讓FT同IL一樣可以使用電子快門，但同時(shí)也可增加感光面積和速度。FTCCD主要是由荷蘭Philips公司開發(fā)，后來技術(shù)移轉(zhuǎn)給SANYO公司發(fā)展成VPMIX技術(shù)。三洋對(duì)VPMIX的改良相當(dāng)成功，使它的數(shù)字相機(jī)能兼具靜態(tài)和動(dòng)畫的拍攝能力（可達(dá)30fps的拍攝速度-在動(dòng)畫運(yùn)用上非常出色）。此外，F(xiàn)T型CMOS也被應(yīng)用于FillfactorCMOS，作為提高高階SLR連拍能力的設(shè)計(jì)。

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)全幀傳輸CCD和隔行傳輸CCD的工作原理

在每個(gè)像素單元中，有70％的面積用來制造光電二極管。整個(gè)像素的框內(nèi)幾乎全是感光面積。不需要也沒辦法放置更大面積的光學(xué)鏡片來提高它的采光量。它的讀出順序和隔行傳輸CCD是一樣的。這種結(jié)構(gòu)的好處是，可以得到盡量大的光電二極管，達(dá)到更好的成像質(zhì)量?？梢哉f，同樣的CCD面積，全幀傳輸肯定會(huì)有更好的性能。全幀傳輸CCD在感光器件中的每個(gè)光電二極管的有效像素的面積更大，從而可以捕捉到更多的圖像數(shù)據(jù)。一般而言，全幀傳輸CCD能夠捕捉到的有效圖像數(shù)據(jù)大約是隔行傳輸CCD的兩倍，從而具有更大的動(dòng)態(tài)范圍、更低的噪點(diǎn)和較高的感光度等優(yōu)點(diǎn)，從而改善了暗部和高光部分的細(xì)節(jié)表現(xiàn)。但是全幀傳輸CCD不能輸入視頻圖像，不能用液晶屏做取景器，必須以機(jī)械快門配合工作。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的分色圖未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的分色原理以GRGB原色色彩數(shù)組來說，R色濾光片其實(shí)內(nèi)部包含了『洋紅』與『黃』兩種色調(diào)的濾片，透過補(bǔ)色機(jī)制（見下圖），使其底部的感光區(qū)可以感受到『紅』色的光線（上圖左）；相對(duì)地，補(bǔ)色CCD（上圖右），同學(xué)們可以發(fā)現(xiàn)，其中只有一層染料色片，例如：Y黃色，就阻擋了藍(lán)光的進(jìn)入，由紅綠兩光形成紅色色塊，也因此補(bǔ)色CCD可以吸收更多的光線，其感光能力也比原色CCD強(qiáng)得多，但處理起來因?yàn)檫€是要還原成RGB系，對(duì)于影像處理引擎的負(fù)擔(dān)較為沉重。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的插值彩色CCD在分色計(jì)算程序過程中，如果一張數(shù)字圖片的色彩只有25％的紅色和藍(lán)色與50％的綠色，這三個(gè)素材迭合起來的完成圖無法成彩色畫面，為了補(bǔ)強(qiáng)色彩不足的部份，CCD取樣完成后，影像處理引擎必須進(jìn)入『插值Interpolation』工作階段，將不足的75％的紅色與藍(lán)色和另外50％的綠色，透過『數(shù)據(jù)計(jì)算』的方式『加』進(jìn)影像檔案之中，使其構(gòu)成完整各100％的RGB三原色檔案，最終合成為一數(shù)字照片。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—定義使用CCD作為感光組件，無法像傳統(tǒng)相機(jī)一樣選擇底片來換成較高（ISO1600）或較低（ISO50）的感光能力。新技術(shù)的進(jìn)步，讓CCD可以擁有媲美高感度底片之ISO1600的感光能力。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—提高途徑CCD提高ISO的能力通常分為硬體和軟件處理上的設(shè)計(jì)，例如：簡化來自特定區(qū)域CCD上的畫素信號(hào)來提高ISO表現(xiàn)（因?yàn)镃CD無法在物理上增大感光面積，只好聯(lián)合矩陣在處理上『仿真』大感光面積的方式，所以ISO越高就必須相對(duì)的降低分辨率-見下圖），但這也相對(duì)的降低了影像的色調(diào)范圍。而軟件處理則是根據(jù)數(shù)據(jù)運(yùn)算，取得合理的曝光表現(xiàn)，但通常也會(huì)伴隨著噪聲的產(chǎn)生。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—對(duì)比圖片未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—決定因素CCD倒車攝像機(jī)最大的ISO值主要是取決于最低的可接受的信噪比（S/N）。克服S/N的最大關(guān)鍵乃是位于CCD組件中的『電極暗電流-Blacklevel』電荷。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—電極暗電流定義

暗電流是指在沒有入射光的情況下CCD所仍具有之電荷量，理想的CCD其暗電流應(yīng)該是零，但部分游離電荷會(huì)殘存在電極之間，導(dǎo)致沒有光線下CCD還是『感應(yīng)』到些許的『電荷』存在，形成了『看到了』的雜像！未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—電極暗電流影響因素一S/N的強(qiáng)度還會(huì)隨溫度增高而增加（每增加10℃，S/N可能增加1倍）。因此，在連續(xù)施加電源過久的情況下，機(jī)體溫度過熱會(huì)導(dǎo)致畫面的噪聲增加。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCDISO感光能力—電極暗電流影響因素二曝光過度也會(huì)使景物較為明亮區(qū)域的CCD帶有過量電子。一般來說CCD會(huì)忠實(shí)的反應(yīng)其結(jié)果，就是曝光過度的白光！。不過，在極端情況下，CCD的電子會(huì)滲進(jìn)鄰近的電極當(dāng)中，導(dǎo)致數(shù)字影像拖出長白光跡或變色光影。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD色調(diào)范圍在準(zhǔn)確地曝光下，CCD將比正片更能捕捉到寬廣的影像色調(diào)范圍。一個(gè)普通的CCD可以記錄250：1（8級(jí)光圈）左右的高反差場(chǎng)景。高文件的FFCCD系統(tǒng)則可處理近1000：1的色調(diào)范圍。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD時(shí)脈運(yùn)行時(shí)脈運(yùn)行也是控制CCD一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。在CCD中電荷必須透過緩存器的轉(zhuǎn)移，才能運(yùn)送至放大器重新計(jì)算這些電荷信息，變成實(shí)際的數(shù)字影像。這個(gè)過程主要是透過CCD的時(shí)脈（Cloxking）運(yùn)行控制，主流設(shè)計(jì)大致分為三種：4、3、2相位（Phase）。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD電子產(chǎn)生過程原理一當(dāng)光線照射CCD產(chǎn)生電子和電洞（如2.），并在上層的導(dǎo)電閘施以正電+V后，電子會(huì)集中在SiO2和Si之間。施電壓后儲(chǔ)存電子會(huì)進(jìn)行排列，（如3.），當(dāng)L1被施以正電壓時(shí)，L2和L3為零電壓時(shí)，電子會(huì)集中在Gate閘下。當(dāng)掃瞄（Scan）訊號(hào)到達(dá)L2時(shí)，L1仍保持Vg，L3仍為零，此時(shí)電子平均分布在n/pGate之間。之后，重設(shè)訊號(hào)（Reset）到達(dá)，使L1恢復(fù)為零，電子就集中在pGate下方。直到掃瞄訊號(hào)到達(dá)L3，pGate下的電子由左至右經(jīng)由傳導(dǎo)，抵達(dá)輸出端。在掃瞄訊號(hào)到達(dá)L3后，下一輪的重設(shè)訊號(hào)又會(huì)將L3恢復(fù)為零，新周期又重新開始。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD電子產(chǎn)生過程原理二未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD電子產(chǎn)生過程的三階段三階段法」（three-phase），電子要到達(dá)輸出端必須要經(jīng)過三階段：L1=Vg,L2=0,L3=0

/L1=Vg,L2=Vg,L3=0/L1=0,L2=Vg,L3=0。同樣的二階段和四階段法，作用大致相同。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的界限解析度界限解析度是對(duì)彩色CCD畫面清晰度評(píng)價(jià)指標(biāo)。界限解析度會(huì)因個(gè)人的視覺差異而得出不同的數(shù)值。界限解析度跟CCD的光圈補(bǔ)正量、MONITOR的輝度特性及個(gè)人差異有關(guān)。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD的界限解析度的評(píng)價(jià)圖形未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD界限解析度計(jì)算一1.調(diào)整解析度測(cè)試圖后，攝取測(cè)試圖影像。2.調(diào)整鏡頭焦距直到可讀取測(cè)試圖上的楔形最大值的影像為止。3.調(diào)整彩色CCD的白平衡（whitebalance)4.調(diào)整示波器的同步化，直到可lineselect如圖（a）的楔形部份影像為止。5.針對(duì)測(cè)試圖進(jìn)行l(wèi)ineselect200TV量測(cè)如圖（b）所示的4條楔形的寬度d1（μs）。6.接著針對(duì)測(cè)試圖進(jìn)行l(wèi)ineselect300TV量測(cè)如圖（b）所示的4條楔形的寬度d2（μs）。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD界限解析度計(jì)算二7.移動(dòng)lineselect尋找4條楔形界限點(diǎn)圖（c），并量測(cè)楔形的寬度dx（μS)8.界限解析度RLIN(μS)=200+100x(dx-d1)/(d2-d1)未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)

CCD和CMOS對(duì)比篇未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)CCD與CMOS感光組件之優(yōu)缺點(diǎn)比較

未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-ISO感光度差異

CMOS每個(gè)畫素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一畫素的感光區(qū)域的表面積，因此在相同畫素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-分辨率差異

CMOS每個(gè)畫素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開口不及CCD大，相對(duì)比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的分辨率通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬畫素/全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm這樣的大小。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-噪聲差異

CMOS每個(gè)感光二極管旁都搭配一個(gè)ADC放大器，如果以百萬畫素計(jì)，那么就需要百萬個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪聲就比較多。未經(jīng)許可，不得隨意拷貝和轉(zhuǎn)發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-成本差異

CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單芯片中，節(jié)省加工芯片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失；相對(duì)地CCD采用電荷傳遞的方式輸出信息，必須另辟傳輸信道，如果信道中有一個(gè)畫素故障（Fail），就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加ADC等周邊，CC