CCD摄像原理

　　

CCD 摄像原理

电荷耦合器件的一个重要应用是作为摄像器件，电荷耦合摄像器件(CCID)
可分为一维(线阵)的和二维(面阵)两种，它们的功能都是把二维光学图像信号转
变成一维视频信号输出。它们的原理是：首先用光学成像系统(光学镜头)将景物
图像成像在CCD 的光敏面(光敏区)上，在每一个光敏单元(MOS 电容器)的势阱
中存储与图像照度成正比的光生信号电荷—完成光电转换和电荷的积累。然后，
转移到CCD 的移位寄存器(转移电极下的势阱)中，在驱动脉冲的作用下顺序地
移出器件，成为视频信号。
对于线型器件，它可以直接接收一维光信息，而不能直接将二维图像转变为
视频信号输出。为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法实现。

1、一维(线阵)CCID

图 2.5 二维CCID 的两种结构示意图

一行地移至水平移位寄存器，并向外输出；一旦第一帧信号电荷全部读出，第二
帧信号电荷又通过暂存区移入水平寄存器，实现连续地读出。
这种CCID 的特点是结构简单，光敏单元的尺寸可以做得很小，但是由于
光敏区和暂存区的结构和光敏单元数一样，芯片尺寸显得较大，然而与真空摄像
管相比，其体积仍然显得很小。
② 行间转移结构
图2.5(b)为二维CCID 行间转移结构示意图，这种结构类似于单通道线阵CCID 的组合，只是为了同步而把所有的转移栅连在一起，组成了一个垂直移位
寄存器，为了达到二维自动扫描目的，又加了水平移位寄存器。其工作过程：光
敏区接收图像照射后产生图像信号电荷并存储在光敏区下面的势阱中，当积累到
一定的信号电荷(经积分时间)时转移栅开启，把光敏区里的图像信号电荷转移到
各自的垂直移位寄存器；当转移栅关闭后，光敏区继续积累图像信号电荷，垂直
移位寄存器中的信号电荷在垂直移位脉冲驱动下向下移一位，紧接着水平移位寄
存器在水平转移脉冲驱动下以极快的速度送至输出端输出，构成一行视频信号；
如此重复直到把刚才垂直移位寄存器中的所有信号电荷输出，此时才完成一帧图
像信息的变换工作。