CCD

背景介紹

CCD廣泛應(yīng)用在數(shù)碼攝影、天文學(xué)，尤其是光學(xué)遙測技術(shù)、光學(xué)與頻譜望遠(yuǎn)鏡和高速攝影技術(shù)，如Lucky imaging。CCD在攝像機、數(shù)碼相機和掃描儀中應(yīng)用廣泛，只不過攝像機中使用的是點陣CCD，即包括x、y兩個方向用于攝取平面圖像，而掃描儀中使用的是線性CCD，它只有x一個方向，y方向掃描由掃描儀的機械裝置來完成1。

發(fā)展簡介

CCD發(fā)展史

CCD是于1969年由美國貝爾實驗室（Bell Labs）的維拉·波義耳（Willard S. Boyle）和喬治·史密斯（GeorgeE. Smith）所發(fā)明。當(dāng)時貝爾實驗室正在發(fā)展影像電話和半導(dǎo)體氣泡式內(nèi)存。將這兩種新技術(shù)結(jié)合起來后，波義耳和史密斯發(fā)明了一種裝置，他們命名為“電荷‘氣泡’元件”（Charge "Bubble" Devices）。這種裝置的特性就是它能沿著一片半導(dǎo)體的表面?zhèn)鬟f電荷，便嘗試用來作為記憶裝置，當(dāng)時只能從暫存器用“注入”電荷的方式輸入記憶。但隨即發(fā)現(xiàn)光電效應(yīng)能使此種元件表面產(chǎn)生電荷，而組成數(shù)位影像。 到了70年代，貝爾實驗室的研究員已經(jīng)能用簡單的線性裝置捕捉影像，CCD就此誕生。有幾家公司接續(xù)此一發(fā)明，著手進(jìn)行進(jìn)一步的研究，包括仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）、美國無線電公司（RCA）和德州儀器（Texas Instruments）。其中快捷半導(dǎo)體的產(chǎn)品領(lǐng)先上市，于1974年發(fā)表500單元的線性裝置和100x100像素的平面裝置。

以下為CCD發(fā)展歷程

1、HAD感測器

HAD(HOLE-ACCUMULATION DIODE)傳感器是在N型基板，P型，N+2極體的表面上，加上正孔蓄積層，這是SONY獨特的構(gòu)造。由于設(shè)計了這層正孔蓄積層，可以使感測器表面常有的暗電流問題獲得解決。另外，在N型基板上設(shè)計電子可通過的垂直型隧道，使得開口率提高，換句話說，也提高了感度。在80年代初期，索尼將其領(lǐng)先使用在可變速電子快門產(chǎn)品中，在拍攝移動快速的物體也可獲得清晰的圖象。

2、ON-CHIP MICRO LENS

80年代后期，因為CCD中每一像素的縮小，將使得受光面積減少，感度也將變低。為改善這個問題，索尼在每一感光二極管前裝上微小鏡片，使用微小鏡片后，感光面積不再因為感測器的開口面積而決定，而是以微小鏡片的表面積來決定。所以在規(guī)格上提高了開口率，也使感亮度因此大幅提升。

3、SUPER HAD CCD

進(jìn)入90年代后期以來，CCD的單位面積也越來越小，1989年開發(fā)的微小鏡片技術(shù)，已經(jīng)無法再提升感亮度，如果將CCD組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升，將會使雜訊也被提高，畫質(zhì)會受到明顯的影響。索尼在CCD技術(shù)的研發(fā)上又更進(jìn)一步，將以前使用微小鏡片的技術(shù)改良，提升光利用率，開發(fā)將鏡片的形狀最優(yōu)化技術(shù)，即索尼SUPERHAD CCD技術(shù)?；旧鲜且蕴嵘饫眯蕘硖嵘辛炼鹊脑O(shè)計，這也為日前的CCD基本技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

4、NEW STRUCTURE CCD

在攝影機的光學(xué)鏡頭的光圈F值不斷的提升下，進(jìn)入到攝影機內(nèi)的斜光就越來越多，使得入射到CCD組件的光無法百分之百的被聚焦到感測器上，而CCD感測器的感度將會降低。1998年索尼公司為改善這個問題，將彩色濾光片和遮光膜之間再加上一層內(nèi)部的鏡片。加上這層鏡片后可以改善內(nèi)部的光路，使斜光也可以被聚焦到感光器。而且同時將硅基板和電極間的絕緣層薄膜化，讓會造成垂直CCD畫面雜訊的訊號不會進(jìn)入，使SMEAR特性改善。

5、EXVIEW HAD CCD

比可視光波長更長的紅外線光，也可以在半導(dǎo)體硅芯片內(nèi)做光電變換?？墒侵廉?dāng)前為止，CCD無法將這些光電變換后的電荷，以有效的方法收集到感測器內(nèi)。為此，索尼在1998年新開發(fā)的“EXVIEW HAD CCD”技術(shù)就可以將以前未能有效利用的近紅外線光，有效轉(zhuǎn)換成為映像資料而用。使得可視光范圍擴充到紅外線，讓感亮度能大幅提高。利用“EXVIEWHAD CCD”組件時，在黑暗的環(huán)境下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深層中做的光電變換時，會漏出到垂直CCD部分的SMEAR成分，也可被收集到傳感器內(nèi)，所以影響畫質(zhì)的雜訊也會大幅降低。

發(fā)明者榮譽

2006年元月，波義耳和史密斯獲頒電機電子工程師學(xué)會（IEEE）頒發(fā)的Charles Stark Draper獎?wù)?，以表彰他們對CCD發(fā)展的貢獻(xiàn)。

北京時間2009年10月6日，2009年諾貝爾物理學(xué)獎揭曉，瑞典皇家科學(xué)院諾貝爾獎委員會宣布將該獎項授予一名中國香港科學(xué)家高錕（Charles K. Kao）和兩名科學(xué)家維拉·博伊爾（Willard S. Boyle）和喬治·史密斯（George E. Smith）?？茖W(xué)家Charles K. Kao 因為“在光學(xué)通信領(lǐng)域中光的傳輸?shù)拈_創(chuàng)性成就” 而獲獎，科學(xué)家博伊爾和喬治-E-史密斯因“發(fā)明了成像半導(dǎo)體電路——電荷藕合器件圖像傳感器CCD” 獲此殊榮。

功能特性

CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點是：

1.體積小重量輕；

2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動，性能穩(wěn)定，壽命長；

3.靈敏度高，噪聲低，動態(tài)范圍大；

4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像；

5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器。

CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD通常將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，每組稱為一相，并施加同樣的時鐘脈沖。所需相數(shù)由CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的CCD可滿足不同場合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區(qū)是MOS電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對較簡單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點是處理信息速度快，外圍電路簡單，易實現(xiàn)實時控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像（線陣CCD如右圖所示）。面陣CCD的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個方陣，并以一定的形式連接成一個器件，獲取信息量大，能處理復(fù)雜的圖像。

性能參數(shù)

1.光譜靈敏度

CCD的光譜靈敏度取決于量子效率、波長、積分時間等參數(shù)。量子效率表征CCD芯片對不同波長光信號的光電轉(zhuǎn)換本領(lǐng)。不同工藝制成的CCD芯片，其量子效率不同。靈敏度還與光照方式有關(guān)，背照CCD的量子效率高，光譜響應(yīng)曲線無起伏，正照CCD由于反射和吸收損失，光譜響應(yīng)曲線上存在若干個峰和谷。

2.CCD的暗電流與噪聲

CCD暗電流是內(nèi)部熱激勵載流子造成的。CCD在低幀頻工作時，可以幾秒或幾千秒的累積（曝光）時間來采集低亮度圖像，如果曝光時間較長，暗電流會在光電子形成之前將勢阱填滿熱電子。由于晶格點陣的缺陷，不同像素的暗電流可能差別很大。在曝光時間較長的圖像上，會產(chǎn)生一個星空狀的固定噪聲圖案。這種效應(yīng)是因為少數(shù)像素具有反常的較大暗電流，一般可在記錄后從圖像中減去，除非暗電流已使勢阱中的電子達(dá)到飽和。

晶格點陣的缺陷產(chǎn)生不能收集光電子的死像素。由于電荷在移出芯片的途中要穿過像素，一個死像素就會導(dǎo)致一整列中的全部或部分像素?zé)o效；過渡曝光會使過剩的光電子蔓延到相鄰像素，導(dǎo)致圖像擴散性模糊。

3.轉(zhuǎn)移效率和轉(zhuǎn)移損失率

電荷包從一個勢阱向另一個勢阱轉(zhuǎn)移時，需要一個過程。像素中的電荷在離開芯片之前要在勢阱間移動上千次或更多，這要求電荷轉(zhuǎn)移效率極其高，否則光電子的有效數(shù)目會在讀出過程中損失嚴(yán)重。

引起電荷轉(zhuǎn)移不完全的主要原因是表面態(tài)對電子的俘獲，轉(zhuǎn)移損失造成信號退化。采用“胖零”技術(shù)可減少這種損耗。

4.時鐘頻率的上、下限

下限取決于非平衡載流子的平均壽命，上限取決于電荷包轉(zhuǎn)移的損失率，即電荷包的轉(zhuǎn)移要有足夠的時間。

5.動態(tài)范圍

表征同一幅圖像中最強但未飽和點與最弱點強度的比值。數(shù)字圖像一般用DN表示。

6.非均勻性

表征CCD芯片全部像素對同一波長、同一強度信號響應(yīng)能力的不一致性。

7.非線性度

表征CCD芯片對于同一波長的輸入信號，其輸出信號強度與輸入信號強度比例變化的不一致性。

8.時間常數(shù)

表征探測器響應(yīng)速度，也表示探測器響應(yīng)的調(diào)制輻射能力。時間常數(shù)與光導(dǎo)和光伏探測器中的自由載流子壽命有關(guān)。

9.CCD芯片像素缺陷

a.像素缺陷：對于在50%線性范圍的照明，若像素響應(yīng)與其相鄰像素偏差超過30%，則為像素缺陷。

b.簇缺陷：在3*3像素的范圍內(nèi)，缺陷數(shù)超過5個像素。

c.列缺陷：在1*12的范圍內(nèi)，列的缺陷超過8個像素。

d.行缺陷：在一組水平像素內(nèi)，行的缺陷超過8個像素2。

電荷轉(zhuǎn)移

光電荷的轉(zhuǎn)移途徑有CCD表面溝道（SCCD）和體溝道（BCCD,也稱為埋溝道CCD）兩種方式。表面溝道CCD的電荷轉(zhuǎn)移途徑距離半導(dǎo)體-絕緣體分界面較近，工藝簡單，動態(tài)范圍大，但信號電荷的轉(zhuǎn)移受表面態(tài)的影響，轉(zhuǎn)移速度和轉(zhuǎn)移效率低，工作頻率一般在10MHz以下。為了消除這種現(xiàn)象，以提高CCD的工作速度，用離子注入方法轉(zhuǎn)移溝道的結(jié)構(gòu)，從而使勢能極小值脫離界面而進(jìn)入襯底內(nèi)部，形成體內(nèi)的轉(zhuǎn)移溝道，避免了表面態(tài)的影響，這就是體溝道CCD.體溝道CCD的轉(zhuǎn)移效率大大提高，工作頻率可高達(dá)100MHz，且能做成大規(guī)模器件。

主要應(yīng)用

CCD器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進(jìn)展，特別是在圖像傳感和非接觸測量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。隨著CCD技術(shù)和理論的不斷發(fā)展，CCD技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越來越大。CCD是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料集成，它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相應(yīng)的電荷信號，在通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成“0”或“1”的數(shù)字信號，這種數(shù)字信號經(jīng)過壓縮和程序排列后，可由閃速存儲器或硬盤卡保存即收光信號轉(zhuǎn)換成計算機能識別的電子圖像信號，可對被測物體進(jìn)行準(zhǔn)確的測量、分析。

含格狀排列像素的CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機、光學(xué)掃瞄儀與攝影機的感光元件。其光效率可達(dá)70%（能捕捉到70%的入射光），優(yōu)于傳統(tǒng)菲林（底片）的2%，因此CCD迅速獲得天文學(xué)家的大量采用。

傳真機所用的線性CCD影像經(jīng)透鏡成像于電容陣列表面后，依其亮度的強弱在每個電容單位上形成強弱不等的電荷。傳真機或掃描儀用的線性CCD每次捕捉一細(xì)長條的光影，而數(shù)碼相機或攝影機所用的平面式CCD則一次捕捉一整張影像，或從中擷取一塊方形的區(qū)域。一旦完成曝光的動作，控制電路會使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一個單元，到達(dá)邊緣最后一個單元時，電荷訊號傳入放大器，轉(zhuǎn)變成電位。如此周而復(fù)始，直到整個影像都轉(zhuǎn)成電位，取樣并數(shù)位化之后存入內(nèi)存。儲存的影像可以傳送到打印機、儲存設(shè)備或顯示器。

超高分辨率的CCD芯片仍相當(dāng)昂貴，配備3CCD的靜態(tài)照相機，其價位往往超出許多專業(yè)攝攝影者的預(yù)算。因此有些高檔相機使用旋轉(zhuǎn)式色彩濾鏡。

經(jīng)冷凍的CCD同時在1990年代初亦廣泛應(yīng)用于天文攝影與各種夜視裝置，而各大型天文臺亦不斷研發(fā)高像素CCD以拍攝極高解像之天體照片。

CCD在天文學(xué)方面有一種奇妙的應(yīng)用方式，能使固定式的望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠(yuǎn)鏡的功能。方法是讓CCD上電荷讀取和移動的方向與天體運行方向一致，速度也同步，以CCD導(dǎo)星不僅能使望遠(yuǎn)鏡有效糾正追蹤誤差，還能使望遠(yuǎn)鏡記錄到比原來更大的視場。

一般的CCD大多能感應(yīng)紅外線，所以衍生出紅外線影像、夜視裝置、零照度（或趨近零照度）攝影機/照相機等。為了減低紅外線干擾，天文用CCD常以液態(tài)氮或半導(dǎo)體冷卻，因室溫下的物體會有紅外線的黑體輻射效應(yīng)。CCD對紅外線的敏感度造成另一種效應(yīng)，各種配備CCD的數(shù)碼相機或錄影機若沒加裝紅外線濾鏡，很容易拍到遙控器發(fā)出的紅外線。降低溫度可減少電容陣列上的暗電流，增進(jìn)CCD在低照度的敏感度，甚至對紫外線和可見光的敏感度也隨之提升（信噪比提高）。

溫度噪聲、暗電流（dark current）和宇宙輻射都會影響CCD表面的像素。天文學(xué)家利用快門的開闔，讓CCD多次曝光，取其平均值以緩解干擾效應(yīng)。為去除背景噪聲，要先在快門關(guān)閉時取影像訊號的平均值，即為"暗框"（dark frame）。然后打開快門，取得影像后減去暗框的值，再濾除系統(tǒng)噪聲（暗點和亮點等等），得到更清晰的細(xì)節(jié)。

天文攝影所用的冷卻CCD照相機必須以接環(huán)固定在成像位置，防止外來光線或震動影響；同時亦因為大多數(shù)影像平臺生來笨重，要拍攝星系、星云等暗弱天體的影像，天文學(xué)家利用"自動導(dǎo)星"技術(shù)。大多數(shù)的自動導(dǎo)星系統(tǒng)使用額外的不同軸CCD監(jiān)測任何影像的偏移，然而也有一些系統(tǒng)將主鏡接駁在拍攝用之CCD相機上。以光學(xué)裝置把主鏡內(nèi)部份星光加進(jìn)相機內(nèi)另一顆CCD導(dǎo)星裝置，能迅速偵測追蹤天體時的微小誤差，并自動調(diào)整驅(qū)動馬達(dá)以矯正誤差而不需另外裝置導(dǎo)星。

感應(yīng)紅外

其實在CCD中，本來就對紅外光有感應(yīng)，能看到紅外線，例如：使用黑白攝像機，在關(guān)掉明亮電燈的情況下，開啟紅外燈，馬上可以看到影像。這是由于黑白攝像機本來就沒顏色，但在現(xiàn)實使用的彩色CCD多數(shù)看不到紅外線。其實，彩色CCD也能識別和感應(yīng)到紅外線，但會干擾到D.S.P （影像處理主芯片）的運算以導(dǎo)致”偏色”，因此，在彩色CCD中為了讓其不“偏色”，在彩色CCD上頭黏的那片濾光片，讓它不能接收紅外線。

從380nm-645nm 穿透率是約93%，剛好就是可見光的范圍（紫-靛-藍(lán)-綠-黃-橙-紅），就是彩虹的顏色。600多nm是紅色光，在它往右以”外”，就叫”紅外線”，是”紅色以外的光” 不是紅色的光，因為眼睛已經(jīng)看不到了；再來，380nm左右人類眼睛看到的是紫色，在380nm往左以”外”，就叫”紫外線”。

數(shù)碼相機

產(chǎn)品介紹

一般的彩色數(shù)碼相機是將拜爾濾鏡（Bayer filter）加裝在CCD上。每四個像素形成一個單元，一個負(fù)責(zé)過濾紅色、一個過濾藍(lán)色，兩個過濾綠色（因為人眼對綠色比較敏感）。結(jié)果每個像素都接收到感光訊號，但色彩分辨率不如感光分辨率。

簡介

用三片CCD和分光棱鏡組成的3CCD系統(tǒng)能將顏色分得更好，分光棱鏡能把入射光分析成紅、藍(lán)、綠三種色光，由三片CCD各自負(fù)責(zé)其中一種色光的呈像。所有的專業(yè)級數(shù)位攝影機，和一部份的半專業(yè)級數(shù)位攝影機采用3CCD技術(shù)。

發(fā)展

截至2005年，超高分辨率的CCD芯片仍相當(dāng)昂貴，配備3CCD的靜態(tài)照相機，其價位往往超出許多專業(yè)攝影者的預(yù)算。因此有些高檔相機使用旋轉(zhuǎn)式色彩濾鏡。這類多次成像的照相機只能用于拍攝靜態(tài)物品。

CCD它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

CCD在攝像機里是一個極其重要的部件，它起到將光線轉(zhuǎn)換成電信號的作用，類似于人的眼睛，因此其性能的好壞將直接影響到攝像機的性能。

衡量CCD好壞的指標(biāo)很多，有像素數(shù)量，CCD尺寸，靈敏度，信噪比等，其中像素數(shù)以及CCD尺寸是重要的指標(biāo)。像素數(shù)是指CCD上感光元件的數(shù)量。攝像機拍攝的畫面可以理解為由很多個小的點組成，每個點就是一個像素。顯然，像素數(shù)越多，畫面就會越清晰，如果CCD沒有足夠的像素的話，拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響，因此，理論上CCD的像素數(shù)量應(yīng)該越多越好。但CCD像素數(shù)的增加會使制造成本以及成品率下降，而且在現(xiàn)行電視標(biāo)準(zhǔn)下，像素數(shù)增加到某一數(shù)量后，再增加對拍攝畫面清晰度的提高效果變得不明顯，因此，一般一百萬左右的像素數(shù)對一般的使用已經(jīng)足夠了。

單CCD攝像機是指攝像機里只有一片CCD并用其進(jìn)行亮度信號以及彩色信號的光電轉(zhuǎn)換，其中色度信號是用CCD上的一些特定的彩色遮罩裝置并結(jié)合后面的電路完成的。由于一片CCD同時完成亮度信號和色度信號的轉(zhuǎn)換，因此難免兩全，使得拍攝出來的圖像在彩色還原上達(dá)不到專業(yè)水平的要求。為了解決這個問題，便出現(xiàn)了3CCD攝像機。3CCD，顧名思義，就是一臺攝像機使用了3片CCD。光線如果通過一種特殊的棱鏡后，會被分為紅，綠，藍(lán)三種顏色，而這三種顏色就是電視使用的三基色。通過這三基色，就可以產(chǎn)生包括亮度信號在內(nèi)的所有電視信號。如果分別用一片CCD接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過電路處理后產(chǎn)生圖像信號，這樣，就構(gòu)成了一個3CCD系統(tǒng)。

和單CCD相比，由于3CCD分別用3個CCD轉(zhuǎn)換紅，綠，藍(lán)信號，拍攝出來的圖像從彩色還原上要比單CCD來的自然，亮度以及清晰度也比單CCD好。但由于使用了三片CCD，3CCD攝像機的價格要比單CCD貴很多。

四色CCD是索尼公司在2003年推出的一種CCD新技術(shù)。四色即紅 綠 藍(lán) 品紅（RGBE）相對與傳統(tǒng)的三色（紅 綠 藍(lán)），四色CCD的色彩還原錯誤率進(jìn)一步降低。因而使色彩還原更逼真。首款采用四色CCD的數(shù)碼相機是SONY DSC—F828

數(shù)碼相機規(guī)格表中的CCD一欄經(jīng)常寫著“1/2.7英寸CCD”等。這里的“1/2.7英寸”就是CCD的尺寸，實際上就是CCD對角線的長度。

現(xiàn)有的數(shù)碼相機一般采用1/2.7英寸、1/2.5英寸和1/1.8英寸等尺寸的CCD。CCD是受光元件（像素）的集合體，接收透過鏡頭的光并將其轉(zhuǎn)換為電信號。在像素數(shù)一樣的情況下，CCD尺寸越大單位像素就越大。這樣，單位像素可以收集更多的光線，因此，理論上可以說有利于提高畫質(zhì)。

但是，數(shù)碼相機畫質(zhì)的好壞不僅是由CCD決定的。鏡頭以及通過CCD輸出的電信號形成圖像的電路的性能等也能夠影響到相機的畫質(zhì)。所謂的“大尺寸CCD=高畫質(zhì)”是不正確的。例如，雖然1/2.7英寸比1/1.8英寸尺寸小，但配備1/2.7英寸CCD的數(shù)碼相機并沒有受到畫質(zhì)不好的批評。

當(dāng)今，袖珍數(shù)碼相機日趨小巧輕便，出于設(shè)計上的考慮，其中大多采用1/2.7英寸的小型CCD。

順便說一句，1/2.7英寸的“型”有時也寫作“inch”，不過，在這里不是普通的“1英寸=25.4mm”。由于結(jié)合了CCD亮相前攝像機上使用的攝像管和顯示方式，因此，習(xí)慣上采用比較特殊的尺寸。1/2.7英寸為6.6mm，1/1.8英寸約為9mm。

數(shù)碼攝像

選擇分類

CCD結(jié)構(gòu)及工作原理（來源于中國儀器超市）的資料：

CCD結(jié)構(gòu)包含感光二極管、移位信號寄存器、并行信號寄存器、信號放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器等項目，將分別敘述如下；

1． 感光二極管（Photodiode）

2． 移位信號寄存器（Shift Register）：用于暫時儲存感光后產(chǎn)生的電荷。

3． 并行信號寄存器（Transfer Register）：用于暫時儲存并行積存器的模擬信號并將電荷轉(zhuǎn)移放大。

4． 信號放大器：用于放大微弱電信號。

5． 模數(shù)轉(zhuǎn)換器：將放大的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

CCD的工作原理由微型鏡頭、分色濾色片、感光層等三層，將分別敘述如下；

1. 微型鏡頭

微型鏡頭為CCD的第一層，我們知道，數(shù)碼相機成像的關(guān)鍵是在于其感光層，為了擴展CCD的采光率，必須擴展單一像素的受光面積。但是提高采光率的辦法也容易使畫質(zhì)下降。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。

2. 分色濾色片

分色濾色片為CCD的第二層，有兩種分色方式，一是RGB原色分色法，另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點。首先，是兩種分色法的概念，RGB即三原色分色法，幾乎所有人類眼睛可以識別的顏色，都可以通過紅、綠和藍(lán)來組成，而RGB三個字母分別就是Red，Green和Blue，這說明RGB分色法是通過這三個通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再說CMYK，這是由四個通道的顏色配合而成，他們分別是青（C）、洋紅（M）、黃（Y）、黑（K）。在印刷業(yè)中，CMYK更為適用，但其調(diào)節(jié)出來的顏色不及RGB的多。

原色CCD的優(yōu)勢在于畫質(zhì)銳利，色彩真實，但缺點則是噪聲問題。因此，大家可以注意，一般采用原色CCD的數(shù)碼相機，在ISO感光度上多半不會超過400。相對的，補色CCD多了一個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的分辨率，而在ISO值上，補色CCD可以容忍較高的感光度，一般都可設(shè)定在800以上

3. 感光層

感光層為CCD的第三層，這層主要是負(fù)責(zé)將穿過濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號，并將信號傳送到影像處理芯片，將影像還原。

CCD芯片就像人的視網(wǎng)膜，是攝像頭的核心。目前市場上大部分?jǐn)z像頭采用的是日本SONY、SHARP、松下、富士等公司生產(chǎn)的芯片，韓國三星等也有能力生產(chǎn)，但質(zhì)量就要稍遜一籌。因為芯片生產(chǎn)時產(chǎn)生不同等級，各廠家獲得途徑不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。在購買時，可以采取如下方法檢測：接通電源，連接視頻電纜到監(jiān)視器，關(guān)閉鏡頭光圈，看圖像全黑時是否有亮點，屏幕上雪花大不大，這些是檢測CCD芯片最簡單直接的方法，而且不需要其它專用儀器。然后可以打開光圈，看一個靜物，如果是彩色攝像頭，最好攝取一個色彩鮮艷的物體，查看監(jiān)視器上的圖像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。好的CCD可以很好的還原景物的色彩，使物體看起來清晰自然；而殘次品的圖像就會有偏色現(xiàn)象，即使面對一張白紙，圖像也會顯示藍(lán)色或紅色。個別CCD由于生產(chǎn)車間的灰塵，CCD靶面上會有雜質(zhì)，在一般情況下，雜質(zhì)不會影響圖像，但在弱光或顯微攝像時，細(xì)小的灰塵也會造成不良的后果，如果用于此類工作，一定要仔細(xì)挑選。

1．依成像色彩劃分

彩色攝像機：適用于景物細(xì)部辨別，如辨別衣著或景物的顏色。

黑白攝像機：適用于光線不充足地區(qū)及夜間無法安裝照明設(shè)備的地區(qū)，在僅監(jiān)視景物的位置或移動時，可選用黑白攝像機。對于成像要求較高的科學(xué)研究，一般也會選擇黑白相機，因為很多相機拍攝出來的圖片比彩色照片更接近真實的物體（因為彩色圖片都是經(jīng)過濾光片處理過的圖片，而黑白照片是由未處理的光線形成的照片）

2．依分辨率靈敏度等劃分

影像像素在38萬以下的為一般型，其中尤以25萬像素（512*492）、分辨率為400線的產(chǎn)品最普遍。

影像像素在38萬以上的高分辨率型。

3．按CCD靶面大小劃分

CCD芯片已經(jīng)開發(fā)出多種尺寸：

日前采用的芯片大多數(shù)為1/3”和1/4”。在購買攝像頭時，特別是對攝像角度有比較嚴(yán)格要求的時候，CCD靶面的大小，CCD與鏡頭的配合情況將直接影響視場角的大小和圖像的清晰度。

1英寸——靶面尺寸為寬12.7mm*高9.6mm，對角線16mm。

2/3英寸——靶面尺寸為寬8.8mm*高6.6mm，對角線11mm。

1/2英寸——靶面尺寸為寬6.4mm*高4.8mm，對角線8mm。

1/3英寸——靶面尺寸為寬4.8mm*高3.6mm，對角線6mm。

1/4英寸——靶面尺寸為寬3.2mm*高2.4mm，對角線4mm。

4．按掃描制式劃分

PAL制、NTSC制。中國采用隔行掃描（PAL）制式（黑白為CCIR），標(biāo)準(zhǔn)為625行，50場，只有醫(yī)療或其它專業(yè)領(lǐng)域才用到一些非標(biāo)準(zhǔn)制式。另外，日本為NTSC制式，525行，60場（黑白為EIA）。

5．依供電電源劃分

110VAC（NTSC制式多屬此類）；

220VAC

24VAC

12VDC

9VDC（微型攝像機多屬此類）。

6．按同步方式劃分

內(nèi)同步：用攝像機內(nèi)同步信號發(fā)生電路產(chǎn)生的同步信號來完成操作。

外同步：使用一個外同步信號發(fā)生器，將同步信號送入攝像機的外同步輸入端。

功率同步（線性鎖定，line lock）：用攝像機AC電源完成垂直推動同步。

外VD同步：將攝像機信號電纜上的VD同步脈沖輸入完成外VD同步。

多臺攝像機外同步：對多臺攝像機固定外同步，使每一臺攝像機可以在同樣的條件下作業(yè)，因各攝像機同步，這樣即使其中一臺攝像機轉(zhuǎn)換到其他景物，同步攝像機的畫面亦不會失真。

7．按照度劃分，CCD又分為：

普通型 正常工作所需照度1~3LUX

月光型 正常工作所需照度0.1LUX左右

星光型 正常工作所需照度0.01LUX以下

紅外型 采用紅外燈照明，在沒有光線的情況下也可以成像

主要指標(biāo)

CCD尺寸，亦即攝像機靶面。原多為1/2英寸，日前1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。

CCD像素，是CCD的主要性能指標(biāo)，它決定了顯示圖像的清晰程度，分辨率越高，圖像細(xì)節(jié)的表現(xiàn)越好。CCD是由面陣感光元素組成，每一個元素稱為像素，像素越多，圖像越清晰。日前市場上大多以25萬和38萬像素為劃界，38萬像素以上者為高清晰度攝像機。

水平分辨率。彩色攝像機的典型分辨率是在320到500電視線之間，主要有330線、380線、420線、460線、500線等不同檔次。分辨率是用電視線（簡稱線TV LINES）來表示的，彩色攝像頭的分辨率在330~500線之間。分辨率與CCD和鏡頭有關(guān)，還與攝像頭電路通道的頻帶寬度直接相關(guān)，通常規(guī)律是1MHz的頻帶寬度相當(dāng)于清晰度為80線。頻帶越寬，圖像越清晰，線數(shù)值相對越大。

最小照度，也稱為靈敏度。是CCD對環(huán)境光線的敏感程度，或者說是CCD正常成像時所需要的最暗光線。照度的單位是勒克斯（LUX），數(shù)值越小，表示需要的光線越少，攝像頭也越靈敏。月光級和星光級等高增感度攝像機可工作在很暗條件，2~3lux屬一般照度，日前也有低于1lux的普通攝像機問世。

掃描制式。有PAL制和NTSC制之分。

攝像機電源。交流有220V、110V、24V，直流為12V 或9V。

信噪比。典型值為46db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。

視頻輸出。多為1Vp-p、75Ω，均采用BNC接頭。

鏡頭安裝方式。有C和CS方式，二者間不同之處在于感光距離不同。

可調(diào)整性

同步方式的選擇

A、對單臺攝像機而言，主要的同步方式有下列三種：

內(nèi)同步——利用攝像機內(nèi)部的晶體振蕩電路產(chǎn)生同步信號來完成操作。

外同步——利用一個外同步信號發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號送到攝像機的外同步輸入端來實現(xiàn)同步。

電源同步——也稱之為線性鎖定或行鎖定，是利用攝像機的交流電源來完成垂直推動同步，即攝像機和電源零線同步。

B、對于多攝像機系統(tǒng)，希望所有的視頻輸入信號是垂直同步的，這樣在變換攝像機輸出時，不會造成畫面失真，但是由于多攝像機系統(tǒng)中的各臺攝像機供電可能取自三相電源中的不同相位，甚至整個系統(tǒng)與交流電源不同步，此時可采取的措施有：

均采用同一個外同步信號發(fā)生器產(chǎn)生的同步信號送入各臺攝像機的外同步輸入端來調(diào)節(jié)同步。

調(diào)節(jié)各臺攝像機的“相位調(diào)節(jié)”電位器，因攝像機在出廠時，其垂直同步是與交流電的上升沿正過零點同相的，故使用相位延遲電路可使每臺攝像機有不同的相移，從而獲得合適的垂直同步，相位調(diào)整范圍0~360度。

自動增益控制

所有攝像機都有一個將來自CCD的信號放大到可以使用水準(zhǔn)的視頻放大器，其放大量即增益，等效于有較高的靈敏度，可使其在微光下靈敏，然而在亮光照的環(huán)境中放大器將過載，使視頻信號畸變。為此，需利用攝像機的自動增益控制（AGC）電路去探測視頻信號的電平，適時地開關(guān)AGC，從而使攝像機能夠在較大的光照范圍內(nèi)工作，此即動態(tài)范圍，即在低照度時自動增加攝像機的靈敏度，從而提高圖像信號的強度來獲得清晰的圖像。

背景光補償

通常，攝像機的AGC工作點是通過對整個視場的內(nèi)容作平均來確定的，但如果視場中包含一個很亮的背景區(qū)域和一個很暗的前景目標(biāo)，則此時確定的AGC工作點有可能對于前景目標(biāo)是不夠合適的，背景光補償有可能改善前景目標(biāo)顯示狀況。

當(dāng)背景光補償為開啟時，攝像機僅對整個視場的一個子區(qū)域求平均來確定其AGC工作點，此時如果前景目標(biāo)位于該子區(qū)域內(nèi)時，則前景目標(biāo)的可視性有望改善。

電子快門

在CCD攝像機內(nèi)，是用光學(xué)電控影像表面的電荷積累時間來操縱快門。電子快門控制攝像機CCD的累積時間，當(dāng)電子快門關(guān)閉時，對NTSC攝像機，其CCD累積時間為1/60秒；對于PAL攝像機，則為1/50秒。當(dāng)攝像機的電子快門打開時，對于NTSC攝像機，其電子快門以261步覆蓋從1/60秒到1/10000秒的范圍；對于PAL型攝像機，其電子快門則以311步覆蓋從1/50秒到1/10000秒的范圍。當(dāng)電子快門速度增加時，在每個視頻場允許的時間內(nèi)，聚焦在CCD上的光減少，結(jié)果將降低攝像機的靈敏度，然而，較高的快門速度對于觀察運動圖像會產(chǎn)生一個“停頓動作”效應(yīng)，這將大大地增加攝像機的動態(tài)分辨率。

白平衡

白平衡只用于彩色攝像機，其用途是實現(xiàn)攝像機圖像能精確反映景物狀況，有手動白平衡和自動白平衡兩種方式。

A、自動白平衡

連續(xù)方式——此時白平衡設(shè)置將隨著景物色彩溫度的改變而連續(xù)地調(diào)整，范圍為2800~6000K。這種方式對于景物的色彩溫度在拍攝期間不斷改變的場合是最適宜的，使色彩表現(xiàn)自然，但對于景物中很少甚至沒有白色時，連續(xù)的白平衡不能產(chǎn)生最佳的彩色效果。

按鈕方式——先將攝像機對準(zhǔn)諸如白墻、白紙等白色目標(biāo)，然后將自動方式開關(guān)從手動撥到設(shè)置位置，保留在該位置幾秒鐘或者至圖像呈現(xiàn)白色為止，在白平衡被執(zhí)行后，將自動方式開關(guān)撥回手動位置以鎖定該白平衡的設(shè)置，此時白平衡設(shè)置將保持在攝像機的存儲器中，直至再次執(zhí)行被改變?yōu)橹?，其范圍?300~10000K，在此期間，即使攝像機斷電也不會丟失該設(shè)置。以按鈕方式設(shè)置白平衡最為精確和可靠，適用于大部分應(yīng)用場合。

B、手動白平衡

開手動白平衡將關(guān)閉自動白平衡，此時改變圖像的紅色或藍(lán)色狀況有多達(dá)107個等級供調(diào)節(jié)，如增加或減少紅色各一個等級、增加或減少藍(lán)色各一個等級。除次之外，有的攝像機還有將白平衡固定在3200K（白熾燈水平）和5500K（日光水平）等檔次命令。

色彩調(diào)整

對于大多數(shù)應(yīng)用而言，是不需要對攝像機作色彩調(diào)整的，如需調(diào)整則需細(xì)心調(diào)整以免影響其他色彩，可調(diào)色彩方式有：

紅色—黃色色彩增加，此時將紅色向洋紅色移動一步。

紅色—黃色色彩減少，此時將紅色向黃色移動一步。

藍(lán)色—黃色色彩增加，此時將藍(lán)色向青藍(lán)色移動一步。

藍(lán)色—黃色色彩減少，此時將藍(lán)色向洋紅色移動一步。

相機參數(shù)

●像素：這個是常見的參數(shù)。在芯片確定的情況下，像素越高，靈敏度越低，兩者是反比關(guān)系。

●動態(tài)范圍：實際上這個參數(shù)取決于另外2個參數(shù)。動態(tài)范圍=20Xlog10（滿阱電子/總噪音）這個參數(shù)越高也表征CCD的靈敏度越高。

●滿阱電子：從動態(tài)范圍的計算看的出來，滿阱電子數(shù)越大越好。

●噪音：簡單理解就是雜信號，有讀出噪聲和暗噪聲,讀出噪聲相機電子元件處理圖象時的額外噪音，與電子效率有關(guān)。

●制冷：CCD工作時溫度會升高，這會產(chǎn)生噪音，尤其是長時間曝光（若熒光拍攝等情況需要較長的曝光時間），如果把溫度降低，可以減少這類噪音，所以大家看到有冷CCD。制冷方式有很多，比如裝風(fēng)扇、半導(dǎo)體制冷、水循環(huán)制冷，還有用液氮制冷的，制冷越低，降噪越好，但是成本也就越高。

●灰階：一般是寫的多少bit，這個值高點好些，這樣在一些層次比較多或者不容易區(qū)分的圖片的拍攝上會有幫助，常見的是醫(yī)院血液科的血涂片拍攝：紅血球非常薄而且多，經(jīng)常在鏡下觀察時會發(fā)現(xiàn)有不少是有重疊的，人眼還比較好區(qū)分重疊的部分，但是換到CCD上面的話，基本需要12bit以上了，最好是14bit的。對于做灰度分析或者熒光定量分析的，灰階還是高點好。

●芯片尺寸：因為像素和靈敏度的反比關(guān)系，所以芯片尺寸自然是大的好些。

●速度：這個自然是越快越好，不過要注意區(qū)分：速度分為讀出速度，預(yù)覽速度，采集速度；讀出速度高不一定預(yù)覽、采集就快，因為它還受后面接口、電腦等的影響；預(yù)覽速度受分辨率影響，采集速度相對好點，因為他的變動基本上就只有電腦配置高低影響了。

●接口：最常用的是 USB接口，1394其次，還有就是串口。

●binning：這是提高CCD預(yù)覽、采集的常見方法，支持的binning越高，速度也就能提的更高，不過會犧牲分辨率——其實它就是把幾個像素當(dāng)作一個像素計算，比如2X2，就是把4個像素當(dāng)作一個像素；

●曝光時間：支持的時間越長，在拍攝弱光的時候會好些；至于說最小曝光時間，原理上可以側(cè)面反應(yīng)CCD的靈敏度，但是需要參考的條件比較多。

●GAIN：一個信號放大的參數(shù)，GAIN越大，所需要的曝光時間也就越短，但是相應(yīng)的噪音也就會增加。

主要技術(shù)參數(shù)解釋

1． 什么是CCD攝像機？

CCD是Charge Coupled Device（電荷耦合器件）的縮寫，它是一種半導(dǎo)體成像器件，具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。

2． CCD攝像機的工作方式

被攝物體的圖像經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD芯片上，CCD根據(jù)光的強弱積累相應(yīng)比例的電荷，各個像素積累的電荷在視頻時序的控制下，逐點外移，經(jīng)濾波、放大處理后，形成視頻信號輸出。視頻信號連接到監(jiān)視器或電視機的視頻輸入端便可以看到與原始圖像相同的視頻圖像。

3．分辨率的選擇

評估攝像機分辨率的指標(biāo)是水平分辨率，其單位為線對，即成像后可以分辨的黑白線對的數(shù)目。常用的黑白攝像機的分辨率一般為380-600，彩色為380-480，其數(shù)值越大成像越清晰。一般的監(jiān)視場合，用400線左右的黑白攝像機就可以滿足要求。而對于醫(yī)療、圖像處理等特殊場合，用600線的攝像機能得到更清晰的圖像。

4．成像靈敏度

通常用最低環(huán)境照度要求來表明攝像機靈敏度，黑白攝像機的靈敏度大約是0.02-0.5Lux（勒克斯），彩色攝像機多在1Lux以上。0.1Lux的攝像機用于普通的監(jiān)視場合；在夜間使用或環(huán)境光線較弱時，推薦使用0.02Lux的攝像機。與近紅外燈配合使用時，也必須使用低照度的攝像機。另外攝像的靈敏度還與鏡頭有關(guān)，0.97Lux/F0.75相當(dāng)于2.5Lux/F1.2相當(dāng)于3.4Lux/F1.參考環(huán)境照度： 夏日陽光下 100000Lux 陰天室外 10000Lux 電視臺演播室 1000Lux 距60W臺燈60cm桌面300Lux 室內(nèi)日光燈100Lux 黃昏室內(nèi) 10Lux 20cm處燭光 10-15Lux 夜間路燈 0.1Lux。

5． 電子快門

電子快門的時間在1/50-1/100000秒之間，攝像機的電子快門一般設(shè)置為自動電子快門方式，可根據(jù)環(huán)境的亮暗自動調(diào)節(jié)快門時間，得到清晰的圖像。有些攝像機允許用戶自行手動調(diào)節(jié)快門時間，以適應(yīng)某些特殊應(yīng)用場合。

6． 外同步與外觸發(fā)

外同步是指不同的視頻設(shè)備之間用同一同步信號來保證視頻信號的同步，它可保證不同的設(shè)備輸出的視頻信號具有相同的幀、行的起止時間。為了實現(xiàn)外同步，需要給攝像機輸入一個復(fù)合同步信號（C-sync）或復(fù)合視頻信號。外同步并不能保證用戶從指定時刻得到完整的連續(xù)的一幀圖像，要實現(xiàn)這種功能，必須使用一些特殊的具有外觸發(fā)功能的攝像機。

7． 光譜響應(yīng)特性

CCD器件由硅材料制成，對近紅外比較敏感，光譜響應(yīng)可延伸至1.0um左右。其響應(yīng)峰值為綠光（550nm），分布曲線如右圖所示。夜間隱蔽監(jiān)視時，可以用近紅外燈照明，人眼看不清環(huán)境情況，在監(jiān)視器上卻可以清晰成像。由于CCD傳感器表面有一層吸收紫外的透明電極，所以CCD對紫外不敏感。彩色攝像機的成像單元上有紅、綠、蘭三色濾光條，所以彩色攝像機對紅外、紫外均不敏感。

8． CCD芯片的尺寸

CCD的成像尺寸常用的有1/2"、1/3"等，成像尺寸越小的攝像機的體積可以做得更小些。在相同的光學(xué)鏡頭下，成像尺寸越大，視場角越大。芯片規(guī)格 成像面大小（寬X高） 對角線 1/2 6.4x4.8mm 8mm 1/3 4.8x3.6mm 6mm

9 .像素：這個是常見的參數(shù)。在芯片確定的情況下，像素越高，靈敏度越低，兩者是反比關(guān)系，所以像素不是越高越好，在像素夠用的情況下應(yīng)盡量優(yōu)先確保靈敏度。

其它問題

對于細(xì)節(jié)沒有寫清楚。首先，對于光線的處理沒有寫清楚，包括微型鏡頭是一個什么樣的鏡頭（凸透鏡？），光線匯聚到象素？其次，對于分色濾色片的描述更模糊，如果是RGB，是有三個濾色片還是一個濾色片分時控制過慮的顏色來處理不同顏色的亮度？如果是三個濾色片，肯定會分為三層，每層要加上一個象素，這種方案基本可以否決。因此，應(yīng)該是分時控制濾色，這樣的一個后果是比3CC的處理速度要慢很多（因為要控制濾色片的濾色），還要考慮一個區(qū)別就是通過控制濾色片的濾色效果是否有靜態(tài)濾色片（暫時稱為鏡頭濾色片，不能通過控制動態(tài)濾色）濾色效果好，這可能就是3CCD單CCD在成像上的區(qū)別。最后，對于3CCD的象素計算和單CCD如何對比也沒有說明。3CCD的原理是通過三棱鏡分光（RGB），然后投射的不同的CCD上面（個人認(rèn)為3CCD和單CCD使用的CCD應(yīng)該不是一樣的，3CCD使用的可能沒有濾色片，當(dāng)然，也可以使用和單CCD一樣有濾色片的，這樣成本可能增加），這樣的一個后果是由一個CCD的象素決定了整個拍攝畫面的象素，而并不是廠家吹噓的畫面象素是單個CCD×3。這樣一來，松下的3CCD實際上是以犧牲畫面象素來換取色彩還原。象素當(dāng)然可以通過數(shù)學(xué)插值的方式來補充，所以，對外看到的畫面象素和其他的單CCD的畫面象素一樣，如果放大，可能3CCD的畫面就比單CCD（同樣象素）的模糊，不知道有人測試過沒有。

關(guān)于CCD格式： CCD文件是CloneCD生成的文本，記錄著CD/DVD光盤鏡像的屬性。CCD文件僅僅是光盤鏡像文件的說明文件，所以必須配合光盤鏡像使用，如IMG+CCD+SUB。

可以使用WinMount打開。

工業(yè)類型

基本信息

CCD是60年代末期由貝爾試驗室發(fā)明。開始作為一種新型的PC存儲電路，很快CCD具有許多其他潛在的應(yīng)用，包括信號和圖像（硅的光敏性）處理。

類型

CCD 是在薄的硅晶片上處理一系列不同的功能，在每一個硅晶片上分布幾個相同的IC等可產(chǎn)生功能的元件，被選擇的IC從硅晶片上切下包裝在載體里用在系統(tǒng)上?？偨Y(jié)下來，CCD主要有以下幾種類型：

一、面陣CCD：

允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動物體。

面陣CCD可以在一次曝光中以任意的快門速度來捕捉動態(tài)對象，創(chuàng)建二維的影像，其主要應(yīng)用在高階數(shù)碼相機、保安監(jiān)視器和攝錄機等方面。

二、線陣CCD：

用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對應(yīng)于紅、綠、藍(lán) 三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應(yīng)用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像，線性陣列，處理高分辨率的圖像時，受局限于非移動的連續(xù)光照的物體。廣泛應(yīng)用于掃描儀及復(fù)印機之類的處理靜態(tài)圖像的場合

三、三線傳感器CCD：

在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當(dāng)捕捉彩色圖片時，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。

四、交織傳輸CCD：

這種傳感器利用單獨的陣列攝取圖像和電量轉(zhuǎn)化，允許在拍攝下一圖像時在讀取當(dāng)前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數(shù)碼相機、攝像機和拍攝動畫的廣播拍攝機。

五、全幅面CCD：

此種CCD具有更多電量處理能力，更好動態(tài)范圍，低噪音和傳輸光學(xué)分辨率，全幅面CCD允許即時拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點寄存器、串行浮點寄存器和信號輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測光和讀取測光值。圖像投攝到作投影幕的并行陣列上。此元件接收圖像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復(fù)執(zhí)行，直到所有的信息傳輸完畢。接著，系統(tǒng)進(jìn)行精確的圖像重組。

數(shù)碼相機曝光的整個流程：

1． 機械快門打開，CCD曝光；

2． 在CCD內(nèi)部光信號轉(zhuǎn)為電信號；

3． 快門關(guān)閉，阻塞光線；

4． 電量傳送到CCD輸出口轉(zhuǎn)化為信號；

5． 信號被數(shù)字化，數(shù)字資料輸入內(nèi)存；

6． 圖像資料被進(jìn)行處理，顯示在LCD或電腦上。

面陣數(shù)碼相機如何解決彩色圖像的曝光？

1．三塊CCD同時曝光的方法

第一種方法是采取了三塊CCD芯片同時曝光的方法，它可以在一次曝光拍攝的同時，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時候，由一個特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個不同的CCD平面。每一個CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息，并且只再現(xiàn)一種色彩，然后通過軟件的對準(zhǔn)處理，合成為一幅完整的全彩色畫面。

由于人類的眼睛對于光譜綠色波段的光色最為敏感，有些數(shù)碼相機在安排濾色片的時候使用兩排綠濾色片來記錄綠光信息，而使用第三排紅色和藍(lán)色的馬賽克濾色片來分別記錄紅光和藍(lán)光的信息。由于紅色和藍(lán)色信息存在間隙，這里需要由計算機采取的插值計算方法來增加附加它的彩色信息。

2．單一芯片三次曝光的拍攝方式

面陣排列數(shù)碼相機捕捉彩色信息的第二種方法是“單一芯片三次曝光的拍攝方式”。采取這樣的方法時，數(shù)碼相機鏡頭的前方需要安裝一個濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍(lán)三塊濾色片，分別做三次單獨的曝光，分別記錄下紅綠藍(lán)光的彩色信息。最后照相機的軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起，構(gòu)成為全彩色的影像。

使用這樣的方法時，由于是用三次曝光來記錄彩色信息，顯然，攝影者使用這樣一臺面陣的數(shù)碼相機，就只能局限于拍攝靜態(tài)物體。此外，由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異，很可能產(chǎn)生數(shù)碼相機的軟件不能適當(dāng)重新組合影像的問題。特別是曝光過程中，光源發(fā)生的波動也都會改變影像的彩色平衡。三次曝光的數(shù)碼相機可以用來拍攝動態(tài)的單色影像（包括黑白照片），這是因為在濾色片轉(zhuǎn)輪上，除了三塊紅綠藍(lán)濾色之外，還有一塊透明的濾色片，它是用來黑白影像做單次曝光拍攝時使用的。由于只需要一次曝光，因而它可以拍攝動態(tài)物體。

3．單芯片一次曝光的拍攝方式

第三種方式是“單芯片一次曝光的拍攝方式”。在這一方式中，每一單個的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅，綠，藍(lán)色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽克圖案交錯覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片，這是因為需要去適應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點。這樣，較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。

每一個感光的像素只能捕獲一種彩色，它需要從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息，這是采取插值的計算方法實現(xiàn)的。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中，那么插值的效果也會出現(xiàn)問題，這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得最為明顯，比如黑色的文字，常常會出現(xiàn)彩色的鑲邊。

CCD在圖像運作的三大角色：

1． 曝光，通過離散的像素將光信號變?yōu)殡娦盘枴?/p>

當(dāng)入射光以光子的形式落在像素陣列上時，就獲得一個圖像。每一個光子相對應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個（電子-孔）電量組，每一個像素所能收集到的電子數(shù)，線性地取決于光亮的程度和曝光的時間，非線性的取決于波長。

2． 電量轉(zhuǎn)移，在CCD內(nèi)部進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移。

一旦電量被集中并保持在像素的結(jié)構(gòu)中，就一定會使在物理上與像素分離的偵測放大器得到電量，當(dāng)一個像素的電量移動時，同時相對應(yīng)的像素的電量都會移動。電量對電壓的轉(zhuǎn)換并輸出放大

專業(yè)術(shù)語

charg coupled device (CCD) :電荷耦合器件

其他簡稱

文化社區(qū)

中央文化區(qū)（Central Culture District，簡稱CCD），是指隨著經(jīng)濟發(fā)展到一定階段，位于城市中心地帶，并具有城市一流生活素質(zhì)、高尚人文內(nèi)涵和完美生態(tài)環(huán)境的居住區(qū)域。中央文化區(qū)由若干功能區(qū)組成，可滿足城市主流人群集中居住、消費、娛樂、教育需求，在西方發(fā)達(dá)國家，中央文化區(qū)已經(jīng)存在和發(fā)展了若干年，如紐約的曼哈頓中央花園、巴黎的香榭麗舍大道等，而在國內(nèi)，上海的“徐家匯——虹橋”、深圳的香蜜湖、武漢的首義片區(qū)等也開始朝著這一方向發(fā)力。

基督教舞

當(dāng)代基督教舞蹈（Contemporary Christian Dance），與快節(jié)奏的CCM（Contemporary Christian Music：當(dāng)代基督教音樂）相結(jié)合的CCD，它是用全身去跳的律動。贊美律動，也是一種比較現(xiàn)代化和有影響力的福音傳播方式，它能將人們從生活以及其他的壓力中釋放出來，用最直接的身體去敬拜贊美神，帶來無盡的喜樂和平安。

補償深度

碳酸鈣補償深度CCD（Carbonate Compensation Depth），是指在海洋中的某一深度，碳酸鈣的溶解和沉淀達(dá)到平衡，在這一深度之下，碳酸鈣的溶解大于沉淀，從而在這一深度之下就不再有碳酸鈣沉積物能夠保留下來。而CCD的深度大約是3000~4000米，而太平洋的平均深度是4280米，大西洋為3339米，所以太平洋的很多部分其深度都大于CCD，從而使其深海沉積物中不存在碳酸鈣，而大西洋則存在。

蜜蜂消失

CCD，英文全稱Colony Collapse Disorder，譯為“蜂群崩潰失調(diào)”或“蜜蜂突然消失”，是一種導(dǎo)致蜂巢內(nèi)的大批量工蜂突然消失的現(xiàn)象，原因仍不明確。有研究表明CCD 可能與以色列急性麻痹病毒（Israeli acute paralysis virus）有關(guān)；也有提出導(dǎo)致CCD 的因素可能包括：郊區(qū)城市化、殺蟲劑、農(nóng)藥、蟲害、蜜蜂營養(yǎng)不良、蜂群飼養(yǎng)管理不當(dāng)、真菌感染、免疫力不足、轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物、氣候變暖、電磁波輻射等，仍不清楚是單一原因，還是由多個因素組合引起；亦未能確定CCD 是否是一種新的自然現(xiàn)象，還是過去曾出現(xiàn)，但影響不顯著，未引起關(guān)注的現(xiàn)象3。