【专题】CCD

左心房为你撑大大i 提交于 2020-01-08 09:25:26

专题:CCD

SkySeraph NOV.3th 2010  HQU

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Latest Modified Date:NOV.5th 2010 HQU

入门

http://wenku.baidu.com/view/3a9b661c59eef8c75fbfb3fc.html  从诺贝尔奖看CCD的前世今生

http://wenku.baidu.com/album/view/8656cebff121dd36a32d8277   CCD专题资料

http://www.allwiki.com/wiki/%E6%95%B0%E7%A0%81%E7%9B%B8%E6%9C%BA%E8%B5%84%E6%BA%90%E9%A1%B5%E9%9D%A2  天下维客

基本概念

CCD

Charge Coupled Device  电荷耦合器

像素pixel

像素是感光点(感光二极管)的个数;有效像素是计算后恢复的像素个数,一般大于实际像素

8bpp(比特每像素)=256色,16bpp=高彩色,24bpp=真彩色,48bpp用于专业扫描仪;

<=256色的图像通常以块或平面格式存储在显存中,显存中的每一个像素是到调色板的颜色组的索引值;

兆像素magepixel

=1百万个像素;

Fill Factor填充因子

CCD实际感光面积占像素面积的比值,影响灵敏度,隔行传输式实际值30%

Well Capacity井深

像素可堆积的电荷的多少,85k/350k,影响灵敏度,衡量动力学范围Dynamic Range

Dynamic Range

描述从CCD中可以得到多少数量的灰度级别,用来表示饱和电压和摄像头随机噪声比率

   

成像系统组成

CCD参数

http://skyseraph.blog.51cto.com/1955637/416151  深入说说CCD参数

http://wenku.baidu.com/view/b047ceea551810a6f524864f.html  CCD与光源

感光元件大小

 

Field Of View

实际视场=CCD(垂直*水平)/光学放大倍数

Primary Magnification

PMAG=CCD大小mm/视场范围mm

解析度

 

MTF

 

DOF=Depth Of Field

 

行频/帧频

每秒扫描多少线/每秒多少副画

像元

CCD芯片的最小组成单元,在一个积分周期内,每个像元受光照后产生电荷,之后电荷转移,信号读取。

像元衡量指标

像元大小

像元尺寸越大,传递函数越高

像元数量

像元数越多,分辨率越高             

行频

单位时间(s)内所能扫过的行数

数据率

单位时间(s)内所能传输的数据

参考:

http://zazaniao.blog.163.com/blog/static/142145052008112184032965/  像元衡量指标

http://www.cnblogs.com/aa2004/archive/2005/06/24/180535.html  像素与CCD之间的秘密

性能及性能指标

http://skyseraph.blog.51cto.com/1955637/416157 CCD摄像机性能及性能指标

CCD &CMOS

 

CCD

CMOS

电路更改

方便

固定

速度

噪声

灵敏度

功耗

毫安级

微安级

成本

设计

 单一感光器

感光器连接放大器

 

 

 

CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。

在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。

CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上,而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。

CCD在图像的质量上更有优势。而常见的高速相机则会采用CMOS芯片。

参考:

http://www.dalsa.com/corp/markets/ccd_vs_cmos.aspx  CCD & CMOS

http://www.xamv.com/xiazai/8.html  CCD与CMOS对比

CCD分类

线阵 & 面阵

二维图像的获取、每行的像元总数、成本

工作方式[仅Area]

FT(Frame Transfer)、IT(Interline Transfer)、FIT行帧转移型

扫描/传输方式

全帧Full Frame & 隔行interline :专业级&民用级

CCD靶面大小[1]

1/3'、1/4'、1/2'、2/3'、1'

供电电源

100-115VAC(NTSC制式多属此类), 220VAC, 24VAC   12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类)

采光方式

前照式&背照式

注[1] CCD的尺寸沿袭了CCTV对图像尺寸的要求,长宽比为4:3

参考:http://www.allwiki.com/wiki/%E7%BA%BF%E9%98%B5CCD 线阵CCD

CCD工业相机类型

一、面阵CCD:允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。

二、线阵CCD:用一排像素扫描过图片,做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜,正如名称所表示的,线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像,线性阵列,处理高分辨率的图像时,受局限于非移动的连续光照的物体。! u3 w" G% Z$ L# d

三、三线传感器CCD:  在三线传感器中,三排并行的像素分别覆盖 RGB滤镜,当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机,以产生高的分辨率和光谱色阶。

四、交织传输CCD:  这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化,允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。

五、全幅面CCD: 此种CCD 具有更多电量处理能力,更好动态范围,低噪音和传输光学分辨率,全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图片。全幅面 CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD 曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像,并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行,直到所有的信息传输完毕。接着,系统进行精确的图像重组。

参考:http://www.vihome.com.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=5523&highlight=ccd

CCD接口

详见 总线接口概总 

CCD执行标准

CCIR

欧洲标准

RS170(EIA)

美洲标准

数码相机曝光

整个流程

1. 机械快门打开,CCD曝光

2. 在CCD内部光信号转为电信号

3. 快门关闭,阻塞光线。

4. 电量传送到CCD输出口转化为信号。

5. 信号被数字化,数字资料输入内存。

6. 图像资料被进行处理,显示在LCD或电脑上。

参考:http://www.vihome.com.cn/bbs/forum.php?mod=viewthread&tid=5523&highlight=ccd

产品产商

产商

索尼SONY、飞利浦、NEC、柯达公司。。。

前七大厂商皆为日系厂商,占了全球98.5%的市场份额

国内CCD研究

在中国期刊全文数据库和万方数据库按主题相关度排序,对2003-2010年间FPGA设计CCD驱动的论文抽取了前52篇进行统计,得到了CCD研究现状的大致情况:

CCD芯片选用情况:  

    DALSA公司

14篇——4篇线阵;3篇TDI线阵;5篇全帧面阵;2篇帧转移面阵;   

    TOSHIBA公司

10篇——全部为线阵CCD。

    SONY公司

5篇——全部为行间转移(面阵)CCD。

    E2V公司

5篇——全部为帧转移(面阵)CCD。

    Kodak公司

4篇——3篇行间转移面阵;1篇全帧面阵为最新发表论文。

    Sarnoff公司

2篇——都为帧转移(面阵)CCD。

    Fairchild公司

2篇——都为全帧面阵CCD。

    ATMEL公司

3篇——2篇线阵;1篇帧转移CCD为最新发表论文。

根据以上统计结果,目前国内CCD论文研究的分布特点:

    线阵CCD研究集中在TOSHIBA公司CCD上,DALSA公司和ATMEL公司线阵CCD研究也有少量;

    TDI 线阵CCD研究对DALSA公司IL-E2有3篇论文;

    行间转移面阵CCD研究造型集中在SONY公司和Kodak公司;

    帧转移面阵CCD选型集中在E2V公司,少数为DALSA公司、Sarnoff公司及ATMEL公司;

    全帧面阵CCD的造型集中在DALSA公司,少数为Fairchild和Kodak公司。

CCD摄像头芯片

TOSHIBA公司主要线阵CCD产品型号: TCD103D、TCD132D、TCD1251UD、TCD1501D、TCD1703C、TCD1500C、TCD1200D、TCD1208P、TCD1209D、TCD2252D、TCD1702C、TCD2901D、TCD2557D、TCD1304AP等。

NEC公司主要线阵CCD产品型号:

D3573D、D3777CY、D3778CY、D3733D、D3737D、D3794CY、D8890CY、D8891CY、D3798CY、D3594D

D3597CY、D3598CY、D3599CY、D3599CY、D8861CY、D8873CY、D8873D、D8823D、D8870CY、D8870ES、D8871CY、D8872CY

SONY公司主要线阵CCD产品型号:ILX516K、ILX520K、ILX101K、LX518K、ILX519KA、ILX522K、ILX531A、ILX181K、ILX182K、ILX532A、ILX532A、ILX533K、ILX533KB、ILX539KA、ILX539K、ILX540K、ILX540M、ILX540L、ILX551B、ILX551A

  

CCD结构与工作原理

CCD芯片的工作方式:光电转换、电荷存储、电荷转移、转化为电压量

参考:

http://wenku.baidu.com/view/cf85fc335a8102d276a22fe6.html  CCD的工作原理及应用现状

http://wenku.baidu.com/view/ec5fb56fb84ae45c3b358c4d.html  CCD摄像器件工作原理、驱动方式及应用

http://wenku.baidu.com/view/2adfef1755270722192ef7de.html   三种CCD工作原理的剖析

 

相关网站

www.photomet.com

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