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CCD相機(jī)怎樣實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的
CCD相機(jī)怎樣實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的
按照芯片類型可以將工業(yè)相機(jī)分為CCD相機(jī)和CMOS相機(jī)。目前用于數(shù)字圖像處理較普遍的CCD相機(jī)一般由兩部分組成：圖像獲取單元和圖像輸出單元。
在圖像獲取中，與顯像管比較，CCD芯片由獨(dú)立的光敏元件構(gòu)成，每一個(gè)光敏元件表示一個(gè)像素，因此能夠傳輸二維的離散圖像。而且體積、重量都比較小，具有高動(dòng)態(tài)、高線性，對(duì)機(jī)械、磁場(chǎng)、光影響不敏感。并且由于市場(chǎng)的大量生產(chǎn)，CCD相機(jī)也相對(duì)便宜一些。CCD的突出特點(diǎn)是以電荷作為信號(hào)，而不同于其他大多數(shù)器件是以電流或者電壓為信號(hào)。
那么CCD是怎樣實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的呢？可以形象地喻為往井或桶內(nèi)注水，因而半導(dǎo)體物理中用“勢(shì)阱”的概念描述用來收集光激發(fā)電荷的積分區(qū)域，其中單個(gè)像素所能存儲(chǔ)的*大光電荷量(不向其鄰近像素溢出)，也稱為“滿阱容量”。CCD的光敏單元收集光子與產(chǎn)生的電子數(shù)目有良好的線性關(guān)系，通常來說，2個(gè)光子產(chǎn)生一個(gè)電子，在輸出單元50000個(gè)電子產(chǎn)生一個(gè)1伏的視頻信號(hào)，增益為1：1。
由于熱效應(yīng)產(chǎn)生附加的光子，即暗電流，就會(huì)產(chǎn)生不期望的噪聲。因此采用CCD芯片這種非穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)不用照明，普通的CCD即使在室溫的條件下一分鐘內(nèi)就可*充滿電子，而且大約溫度每增加7攝氏度,暗電流就會(huì)加倍，這就是說芯片的溫度升高，噪聲就會(huì)急劇增加。因此，為了控制暗電流，控制一個(gè)比較短的曝光時(shí)間非常重要。
傳統(tǒng)控制曝光時(shí)間的方法是利用機(jī)械快門，而如今CCD芯片多采用電子曝光控制，即電子快門。在手工操作模式，用戶通常可以選擇比如1/50、1/100、1/500秒的一些離散的快門速度(積分時(shí)間)；而在自動(dòng)電子快門模式快門速度能夠根據(jù)入射光的強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)整。如果光的強(qiáng)度太弱，則可以通過長積分時(shí)間模式或控制增益的方式來增強(qiáng)弱的CCD信號(hào)。
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