CCD图像传感器

CCD图像传感器CCD图像传感器的原理：原理：CCD是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号，其基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测。当光入射到CCD的光敏面时.CCD首先完成光电转换.即产生与入射光辐射量成线性关系的光电荷。CCD的工作原理是被摄物体反射光线到CCD器件上.CCD根据光的强弱积聚相应的电荷.产生与光电荷量成正比的弱电压信号，经过滤波、放大处理，通过驱动电路输出一个能表示敏感物体光强弱的电信号或标准的视频信号。CCD图像传感器的工作原理图：CCD图像传感器的分类：CCD图像传感器有线阵和面阵之分。线阵是指在一块硅芯片上制造了紧密排列的许多光敏元，它们排列成一条直线，感受一维方向的光强变化；面阵是指将光敏元排列成二维平面矩阵，感受二维图像的光强变化，可用于数码照相机。线阵的光敏元件数目从256个到4096个或更多；而在面阵中，光敏元的数目可以是600×500个、4096×4096个以上。CCD图像传感器还有单色和彩色之分，彩色CCD可拍摄色彩逼真的图像。CCD图像传感器的作用：（1）CCD图像传感器经过镜头将被观察物聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，然后逐点外移、滤波、放大，最终形成视频信号输出。视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端，便可以看到与原始图像相同的视频图像。（2）CCD图像传感器在遥感遥测技术中的应用。1985年在欧洲“spot”卫星上使用大型CCD线阵探测器的扫描成像,CCD线列分别达3000像元和6000像元,地面分辨率达到10m。1991年美国在海湾战争中动用了装有CCD高倍率大型光学望远镜的KH212侦察卫星,它兼有高分辨率和实时数字传输的双重优点。（3）CCD图像传感器在几何尺寸的高速、高精度和非接触测量中的应用CCD尺寸测量技术作为一种非常有效的非接触检测方法,被广泛应用于工件尺寸的在线检测。由CCD器件、光学系统、计算机数据采集和处理系统构成的CCD光电尺寸检测仪的使用范围和优越性是现有的机械式、光学式、电磁式测量仪都无法比拟的。（4）Medical医用显微内窥镜。利用超小型的CCD摄视觉贴片机像机或光纤图像传输内窥镜系统，可以实现人体显微手术，减小手术刀口的尺寸，减小伤口感染的可能性，减轻病人的痛苦。同时还可入行实时遥程会诊和现场教学。（5）VehicleCamera。在各种车辆中加装CCD摄像机可以使驾驶人员借助车内CCD摄像机、车上的后视镜系统和驾驶员前面的显示器。不仅可随时看到车内的情况，而且可在倒车时观察后面的道路情况，在向前行入过程中也能随时观到后方车辆所保持的距离，提高了行车安全。（6）ClosedCircuitTelevision（CCTV）。CCTV是近几年被大家广泛注重小型贴片机的电视监控系统，目前已发展成为一种新的产业。（7）Broadcast。正是由于研制出了新的高质量、高分辨率的CCD摄像机器件，所以才有可能制造出适合广播电视用的CCD摄像机目前已发展成数字电视系统。（8）PersonalDataAssistant（PDA）。个人数据秘书系统是一种体积小于笔记本的电脑，是功能齐全的计算机系贴片机统，可以完成多种数据管理功能，并可借助移动电话上的Internet网进行远程传送资料、发传真等。CCD图像传感器国内外应用的发展情况：CCD是70年代发展起来的新型半导体光电器件。具有灵敏度高，分辨率好，光谱响应宽，动态范围大等一系列优点。至今，CCD已从实验室研究走向实际应用阶段。在航空航天、卫星侦察、遥感遥测、天文测量、传真、静电复印、非接触工业测量、光学图像处理等领域都得到了广泛的应用；在动态非接触的尺寸检测、液面位置的遥测等光电测试技术中更引起人们高度的重视；特别是在摄像和信号处理等技术领域已独树一帜。CCD应用技术已成为集光学、电子学、精密机械与计算机技术为一体的综合性技术，并被广泛应用于现代光学和光电测试技术领域。事实上，凡可用胶卷和光电检测技术的地方几乎都可以应用CCD。随着半导体材料与技术的发展，特别是超大规模集成电路技术的不断进步，CCD图像传感器的性能也在迅速提高，将CCD技术、计算机图像处理技术与传统测量方法相结合，能获取被测对象的更多信息，实现快速、准确的无接触测量，显著提高测量技术水平和智能化水平，因此，CCD技术必将以其突出的优点而在工业测控、机器视觉、多媒体技术、虚拟现实技术及其他许多领域得到越来越广泛的应用。可见，CCD技术是一项具有广泛应用前景的新技术。目前，CCD技术已经广泛应用于信号处理、数字存储和影像传感器等领域。其中CCD技术在影像传感器中的应用最外广泛，已经成为现代光学电子和测试技术中最为活跃，最富有成果的领域之一。近十年来，CCD相机的用量以每年20%的速度增长。在监视、广播、预警系统、车载、多媒体等都有广泛应用，是一种跨行业专业多方面应用的一种光电产品。据不完全统计，1997~1998年间，国内彩色和黑白CCD相机使用量就达到60多万台。1998年日本出版的《技术市场》杂志获悉，世界已经把CCD列为未来10年可能增益100倍的高技术产品。美国是世界上最早开展CCD研究的国家,也是目前投入人力、物力、财力最多的国家,在此应用研究领域一直保持领先的地位。贝尔实验室是CCD研究的发源地,并在CCD像感器及电荷域信号处理方面的研究保持优势。在CCD传感器和应用电视技术方面,美国以高清晰度、特大靶面、低照度、超高动态范围、红外波段等的CCD摄像机占有绝对优势。这些产品不仅价格昂贵、而且又受到国家的严格管制。美国已经有采用可见光和红外图像融合技术的摄像机应用在军事上。该摄像机在可见光通道采用2500万像素的CCD阵列，而红外通道则采用3～5µm波段工作的400万像素的焦平面阵列，获得的图像极为清晰。日本索尼公司在1979年首先实现了R、G、B分路彩色摄像机。1980年,日立公司首先推出单片彩色CCD摄像机。1998年日本采用拼接技术开发成功了16384×12288像元即(4096×3072)×4像元的CCD图像传感器。由于日本本国的新产品更新换代速度很快,所以无论产品的产量还是质量都占据世界首位。我国的CCD研制工作起步比较晚,但我国自行研制的第一代普通线阵CCD(光敏元为MOS结构)和第二代对蓝光响应特性好的(光敏元为光电二极管阵列)CCPD已形成系列产品;面阵CCD也基本上形成了系列化产品。除可见光CCD外,国内目前还研制出了硅化铂肖特基势垒红外CCD。目前CCD图像指纹识别传感器：在进行指纹识别时使用者把单指放在棱镜面上或玻璃板上，通过CCD传感器件进行扫描。指纹自动识别系统通过特殊的光电转换设备和计算机图像处理技术，可以对活体指纹进行采集、分析和比对，获得的指纹图像被数字化和处理分析并被最终提取为可以接受的指纹数字特征信息，被存贮在存储器上或卡上，作为参照样板。使用时，通过指纹读取器即时扫入的信息与样板信息进行比对，即可获得真假判断。自动识别系统一般主要包括指纹图像采集、指纹图像处理、特征提取、特征值的比对与匹配等过程。现代电子集成制造技术的发展使得指纹图像读取和处理设备更加小型化，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行指纹比对运算的可能，而优秀的指纹处理和比对算法同时保证了识别结果的准确性，这样就自动、迅速、准确地鉴。CCD图像指纹识别传感器的原理图：CCD图像指纹识别传感器的流程图：