什么是CCD及其成像原理

CCD(Charge Coupled Device)，即“電荷耦合器件”，以百萬(wàn)像素為單位。數碼相機規格中的多少百萬(wàn)像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復印機以及無(wú)膠片相機等設備。與膠卷的原理相似，光線(xiàn)穿過(guò)一個(gè)鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒(méi)有能力記錄圖形數據，也沒(méi)有能力永久保存下來(lái)，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數據都會(huì )不停留地送入一個(gè)“模-數”轉換器，一個(gè)信號處理器以及一個(gè)存儲設備(比如內存芯片或內存卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。

CCD成像的過(guò)程是這樣的：CCD表面被覆的硅半導體光敏元件捕獲光子后產(chǎn)生光生電子，這些電子先被積蓄在CCD下方的絕緣層中，然后由控制電路以串行的方式導出到模數電路中，再經(jīng)過(guò)DSP等成像電路形成圖像。fast scan 和slow scan最大的區別就在于光生電子導出的速度和電路系統上不同。fast scan 導出電子的頻率非�？�，以便能達到視頻級的刷新率，但這將導致電子丟失、噪聲增多、光生電子清空不徹底；而slow scan 則相反，它的電路設計重在對光生電子積蓄的保護上，導出的頻率不高，但保證傳出過(guò)程中電子丟失和損耗降到極小，它的模數轉換器動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度極高，保證了信號轉換過(guò)程不失真，同時(shí)為了減低熱效應產(chǎn)生的噪聲，一般使用Cooling 系統降溫。

看了上面的解釋我們可以知道專(zhuān)業(yè)級的科研用攝像頭為什么那么貴了，從CCD感光層的材料和面積開(kāi)始、到光生電子的積蓄、到電子的導出電路、傳輸電路、模數轉換電路、圖像顯示電路、Cooling電路，每一步專(zhuān)業(yè)級科研攝像頭的工藝都和民用級的不同，成本都在幾十倍到幾百倍以上。目的只有一個(gè)，專(zhuān)業(yè)級攝像頭能盡可能完整的采集到所有的光信號。一般來(lái)說(shuō)，民用級攝像頭或數碼相機只能反映50%以下的光信號。