本文目录
- CCD工业相机的原理是什么 该设备有哪些优势
- CCD相机 的原理是什么详细点，谢谢！
- CCD摄像头的工作原理和结构
- CCD 照相机的原理
- CCD相机的原理应用
- 什么是相机的CCD
- CCD/CMOS的成像原理
- CCD照相机为什么又流行起来了
- ccd曝光机工作原理
CCD工业相机的原理是什么 该设备有哪些优势
用相机拍摄景物时，景物反射的光线通过相机的镜头透射到CCD上。当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发释放出电荷，感光元件的电信号便由此产生。CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高低成正比。这些数值其实就是图像的数据了。不过单依靠第4步所得到的图像数据还不能直接生成图像，还要输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色彩校正、白平衡处理（视用户在相机中的设定而定）等后期处理，编码为相机所支持的图像格式、分辨率等数据格式，然后才会被存储为图像文件。最后，图像文件就被写入到存储器上1.体积小重量轻; 2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长; 3灵敏度高，噪声低，动态范围大; 4.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像; 5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。
CCD相机 的原理是什么详细点，谢谢！
CCD是由大量独立的光敏原件组成，这些光敏原件通常是按矩阵排列的。光线透过镜头照射到CCD上，并被转换成电荷，每个原件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门，CCD将各个原件的信息传送到模拟/数字转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入存储卡内，此时一张数码照片诞生了。然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
CCD摄像头的工作原理和结构
CCD的工作原理
CCD是由在硅片上整齐排列的光敏二极管单元组成的，它们整齐地排成一矩形方阵（图6-1），其中每一个光敏单元称为像元，当光照射到硅片上的方阵时， 每一个像元中的原子在具有一定能量的光子作用下，电子从原子中逃逸，形成了一对自由电子和失去电子的原子空穴。投射到光敏单元上的光线越强，产生的电子—空穴越多。
在硅片上这些电子可以和空穴分离，并可以收集起来，电子—空穴对的分离和收集用半导体中的势阱就可以完成，就象用水桶收集雨水一样。图6-2中排列的水桶相当于排列的光敏单元（像元），它们象收集雨水似的收集由光子作用产生的电子。电子数主要取决于光照强度和收集（积分）时间的长短，收集完成后，最右边的桶将桶中的电荷倒入一设在输出端的电子测量单元，电荷/电压转换单元将电子转换成相应的电压，形成了一个像元的视频信号。最右边桶中的电子倒空后，又可以接收从旁边桶中倒入的电子，这样相邻桶之间不断向输出端倒换（移位）桶中的电荷，直至倒换（移位）到输出端的电子测量单元，转换成像元电压。
CCD的突出特点是以电荷作为信号的载体，不同于大多数以电流、电压为信号载体的器件。所以如何将成千上万个像元中的光感应所获得的电荷取出来是CCD图像传感器的关键。构成CCD的基本单元是MOS（金属—氧化物—半导体）结构，在半导体和金属栅电极之间加上足够的电压时，例如加上电压（10V）后，形成了一个能存储电荷的势阱，图6-3 （a），当光线射在这个二极管上时，能在势阱中产生与光能量成正比的电荷；同时，这个势阱还有累积功能，当光线在一时间段内照射时，它能将这一时间段内，由光线强弱产生的电荷累积起来。当多个栅极紧紧排列在一起（间隙宽度小于3μm），并在它们上面加上按一定规律变化的电压时，存储在势阱中的电荷就可以移动起来。
当电极②从2V变为10V时，电极①势阱中的电荷流向第②个电极，并和第一个电极平均分配，图6-3（b）和（c），也称电荷耦合，第①个电极由10V降为2V时，电极①中的电荷全部倒入电极②下的势阱，这样电极①中代表像元光照强度的电荷移位到电极②下的势阱了。这种电荷从一个电极（电荷寄存器）到另一个电极的移位就是CCD的基本动作，使用这种移位将阵列中的每一个像元电荷逐行、逐列地转移至输出端的电荷/电压转换单元，形成了以电压表示像元光照强度的视频信号。这也是为什么将CCD称为电荷耦合器件的原因。
CCD的结构
CCD的结构主要由下列功能块构成：
a.光敏区（成像区）由MOS光积分电容或PN结构光电二极管阵列构成，将投影进来的光图像转换成电荷图像阵列，而且阵列中的每一个像元势阱，能像水桶似的在固定时间间隔内累加电荷。
b.电荷移位寄存器阵列：存储和移位像元电荷的寄存器阵列，光敏区光转换并累集完电荷后，将整个阵列的像元电荷转移到电荷移位寄存器的对应阵列中，然后按照电视扫描的规律，逐行、逐列地将电荷移位输出。
c.转移栅：光敏区和电荷移位寄存器由转移栅相连。通过转移栅上的控制电压的高低将光敏阵列与电荷移位寄存器阵列连接起来。当光敏区光注入，并不断积累电荷时（又称光积分），转移栅上加低电压将它们隔离起来，反之当光敏区光积累完成后，转移栅加高电压，光敏区所积累的信号电荷通过转移栅转移到电荷移位寄存器阵列，这种转移是极快的，只需一个极短的正脉冲就可完成转移动作。所以光敏区和电荷移位寄存区的连通时间很短，绝大部分时间是隔离的，在隔离期间它们分别作光电转换和移位输出的动作。
d.电荷/电压转换器和电压放大器：将移位寄存器输出的电荷转换成电压，并将其放大输出形成视频信号。
从上述CCD的结构可以看出，只要控制光敏区上的转移栅上的电压，就可以控制电荷累加的时间长短，这就是电子快门的基础。当电荷累集结束，并在转移栅上加一极短脉冲后，电荷就转移至电荷移位寄存器了，也就是CCD已获取了光图像。下面只是将电荷传送出去的扫描过程了。
CCD 照相机的原理
CCD由美国贝尔实验室Boyle和Smith发明，是一种大规模集成电路工艺制作的半导体光电元件，它在半导体硅片上制有成千上万个光敏元，产生与照在它上面的光强成正比的电荷。CCD基本构成单元是MOS电容器，它以电荷为信号，通过对金属电极施加时钟脉冲信号，在半导体内部形成储存载流子的势阱。当光或电注入时，将代表信号的载流子引入势阱，再利用时钟脉冲的规律变化，使电极下的势阱作相应变化，就可以使代表输入信号的载流子在半导体表面作定向运动，再通过对电荷的收集、放大，把信号取出。现今新型的CCD产品主要有底插式和侧装式两种，其工作原理基本相同。
CCD相机的原理应用
含格状排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光组件。其光效率可达70%（能捕捉到70%的入射光），优于传统软片的2%，因此CCD迅速获得天文学家的大量采用。传真机所用的线性CCD图像经透镜成像于电容数组表面后，依其亮度的强弱在每个电容单位上形成强弱不等的电荷。传真机或扫瞄仪用的线性CCD每次捕捉一细长条的光影，而数码相机或摄影机所用的平面式CCD则一次捕捉一整张图像，或从中截取一块方形的区域。一旦完成曝光的动作，控制电路会使电容单元上的电荷传到相邻的下一个单元，到达边缘最后一个单元时，电信号传入放大器，转变成电位。如此周著复始，直到整个图像都转成电位，取样并数字化之后存入存储器。存储的图像可以传送到打印机、存储设备或显示屏。经冷冻的CCD同时在1990年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视设备，而各大型天文台亦不断研发高像数CCD以拍摄极高解像之天体照片。CCD在天文学方面有一种奇妙的应用方式，能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。方法是让CCD上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致，速度也同步，以CCD导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差，还能使望远镜记录到比原来更大的视场。一般的CCD大多能感应红外线，所以派生出红外线图像、夜视设备、零照度（或趋近零照度）摄影机/照相机等。为了减低红外线干扰，天文用CCD常以液态氮或半导体冷却，因室温下的物体会有红外线的黑体辐射效应。CCD对红外线的敏感度造成另一种效应，各种配备CCD的数码相机或录影机若没加装红外线滤镜，很容易拍到遥控器发出的红外线。降低温度可减少电容数组上的暗电流，增进CCD在低照度的敏感度，甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升（信噪比提高）。
什么是相机的CCD
CCD是ChargeCoupledDevic(电荷耦合器件图像传感器)的缩写，1969年由羔固贝尔实验室开发。相机内的CCD是由大量微小的光电二极管和译码寻址电路构成的因态电子感光成像部件，通过光电二极管特有的排列方式进行排布组成，实质上是一种具有高感光的半导体材料，这材料能把光线转变成电荷，通过处理器转换成类字信号，再经压缩后存储相机内的记忆存储卡中。
CCD/CMOS的成像原理
下面这张是常见CCD相机成像过程的简单描述，现说明一下：1、用相机拍摄景物时，景物反射的光线通过相机的镜头透射到CCD上。 2、当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发释放出电荷，感光元件的电信号便由此产生。 3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电 信号收集起来，统一输出到放大器。 4、经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高 低成正比。这些数值其实就是图像的数据了。 5、不过单依靠第4步所得到的图像数据还不能直接生成图像，还要输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色 彩校正、白平衡处理（视用户在相机中的设定而定）等后期处理，编码为相机所支持的图像格式、分辨率等数据格式，然后才会被存储为图像文件。 6、最后，图像文件就被写入到存储器上（内置或外置存储器）。 目前市面上大部分相机使用的影像传感器是CCD（Chagre Couled Device），即电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料。它是由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的，通常以百万像素（megapixel）为单位。相机规格中的多少百万像素，指的就是CCD的分辨率，也就是指这台相机的CCD上有多少感光组件。光线透过镜头照射到CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门，CCD将各个元件的信息传送到A/D上，模拟电信号经过A/D处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片就诞生了。CCD通常用在相机、DV和扫描仪上，作为感光的组件。（关于CCD到底长得什么模样以及它的组件放大图片，见下图） 传统CCD排列为矩阵，然而这样的作法却限制了在有效面积内提升分辨率的能力。1/1.8CCD的理想值大约为六百万像素，而在成本和制造良品率的考虑下降低至四百万是合理值。因此，有些厂商很聪明的想出改变CCD的排列顺序，藉此想在此范围内增强分辨率。由此产生了一种比较特殊的CCD，叫SUPER CCD。它是富士公司独创的，并没有采用常规正方形二极管，而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高，效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。（关于两种CCD的排列对比见下图） 随着用户的要求不断提高，传统的CCD技术已经没有办法满足现在使用者对数字影像的需求。为了迎合用户需求，占领市场，近几年一些厂商又推出了几种新的CCD技术： 2002年初，富士发布第三代Super CCD。2003年初，富士发布第四代Super CCD（见下图）： 2002年2月，美国Foveon公司发布多层感色CCD技术。在Foveon公司发表X3技术之前，一般CCD的结构是类似以蜂窝状的滤色版（见下图），下面垫上感光器，藉以判定入射的光线是RGB三原色的哪一种。 然而，蜂窝技术（美国又称为马赛克技术）的缺点在于：分辨率无法提高，辩色能力差以及制作成本高昂。也因此，这些年来高阶CCD的生产一直被日本所垄断。新的X3技术让电子科技成功的模仿“真实底片”的感色原理（见下图），依光线的吸收波长逐层感色，对应蜂窝技术一个像素只能感应一个颜色的缺点，X3的同样一个像素可以感应3种不同的颜色，大大提高了影像的品质与色彩表现。 X3还有一项特性，那就是支持更强悍的CCD运算技术VPS(Variable Pixel Aize)。透过“群组像素”的搭配（见下图）。X3可以达到超高ISO值（必须消减分辨率），高速VGA动画录像。比Super CCD更强悍的在于X3每一个像素都可以感应三个色彩值，就理论上来说X3的动画拍摄在相同速度条件下，可能比SuperCCD III还来得更精致。 2003年中期，SONY发布4色感应CCD。传统的CCD为三原色矩阵，新的SONY CCD将浅绿色加入。新一代的CCD不仅在省电及功率上做文章，对色彩的表现也有了更多的提高。SONY公司一改以往三色CCD的传统，创新推出一个具备“新颜色”的四色过滤CCD，命名为ICX456。（4色分布情况见下图，左图为传统CCD的3色分布，右图为ICX456的4色分布）新增的E这个颜色是Emerald（应该翻译成祖母绿吧）。不同于以往三个原色RGB，E这个颜色加强了对自然风景的解色能力，让绿色这个层次能够创造出更多的变化。应用的效果有点类似喷墨打印机加装淡蓝和洋红这两种淡色，以期能够增强混色能力与效果，此外配合新色阶的CCD，SONY也开发了新的图像处理器，不仅有效的减少了30％的功率消耗，更加快了处理速度和绿色色阶分析能力。 这项发明的特点在于传统的DC主要使用3色过滤矩阵，对每一个光点（或称像素）产生3种不同颜色的强度：红色（R），绿色（G）和蓝色（B）数据，再将这些数据整合发色，形成我们所看到的影像。然而，根据实验指出人类视觉系统对绿色的敏感度要高于其它两种，这也使传统的CCD矩阵对颜色的配比采取了红和蓝各25％，绿色50％的现象。可是颜色差别仍无法在这样的配比中得到修正，起因则是人类的视觉比较接近模拟效果，而非切割成数字阶层。为了让风景的颜色更加逼真，SONY这项技术有效的将深绿、浅绿分别导引取样，对绿色的忠实再现有很大的助益。 后面补充说明一下CCD的基础结构：很多用户以为CCD只是一块芯片而已。但实际上CCD是和处理器做成一个完整的组件（见下图）。这样的设计可以确保DC的组件化，降低维修和检查的成本（也就是说可以运用计算机检测组件运作，一旦自我检查出特定组件问题，直接更换整个组件，而不需要再一个个去测试单体，简单省事，这也是DC维修费用居高不下的一个原因） 如果切开CCD，会发现CCD的结构就像三明治一样，第一层是微型镜头，第二层是分色滤色片，以及第三层感光汇流片。为什么“镜头”会直接做在CCD上呢？其实，这应该是英语翻译上的问题，具体原因我也不太清楚。ON-CHIP MICRO LENS是1980年初由SONY领先发展出来的技术。这是为了有效提升CCD的像素，又要确保单一像素持续缩小以维持CCD的标准体积。因此必须扩展单一像素的受光面积。但利用提高开口率来增加受光面积反而使画质变差。所以开口率只能提升到一定的极限，否则CCD将成为劣质品。为改善这个问题，SONY率先在每一个感光二极管上（单一像素）装置了微小镜片。这个设计就像是帮CCD挂上眼镜一样，感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。如此一来，可以同时兼顾单一像素的大小，又可在规格上提高了开口率，使感光度大幅提升。CCD的第二层是分色滤色片，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYG补色分色法，这两种方法各有利弊。不过以产量来看，原色和补色CCD的比例大约在2：1左右。原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此一般采用原色CCD的DC，在ISO感光度上多半不会超过400。相对的补色CCD多了一个Y黄色滤色器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感度，一般都可设定在 800以上。（关于这两种分色方式见下图） CCD的第三层是感光汇流片，这层主要是负责将穿透滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。 最后说一下CMOS： CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）即互补性金属氧化物半导体，其在微处理器、闪存和特定用途集成电路（ASIC）的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD一样都是可用来感受光线变化的半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所作成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影像。 因为CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低。从原理上讲，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但目前CMOS技术发展还不成熟，这种高质量的CMOS还只应用于专业级别的数码相机上，许多低档入门型的数码相机使用的是廉价低档的CMOS，其成像质量比较差。最大的缺点就是太容易出现噪点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。所以目前如果购买消费级数码相机还是要选择以CCD为影像传感器的。
CCD照相机为什么又流行起来了
因为CCD相册拍出的照片能调出ccd胶片色调，可以对老式数码照片的修图加工。
手机作为摄影器材不断崛起，各品牌相机的差异化越来越小，相机产业前所未有的如此无聊。
过度冗余的性能已经不再成为商家的卖点，各种符号商品成为了新的销售增长点，小红书&CCD神教通过对千禧年概念的重塑，对老式数码照片的修图加工，从而宣称老的数码相机有一种CCD特有的味道——尽管这种效果并不显著，但人们深信不疑。
人们正活在一个漫长的周期之中：科技的进步让人们极尽所能的提升效率，另一方面，人们又不厌其烦的给自己制造障碍，对落后的事物不断重拾与模拟。人们怀念那个相机像手机一样百花齐放，充满想象力的年代。
CCD相机的原理应用：
含格状排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫描仪与摄影机的感光组件。其光效率可达70%（能捕捉到70%的入射光），优于传统软片的2%，因此CCD迅速获得天文学家的大量采用。
图像经透镜成像于电容数组表面后，依其亮度的强弱在每个电容单位上形成强弱不等的电荷。传真机或扫描仪用的线性CCD每次捕捉一细长条的光影，而数码相机或摄影机所用的平面式CCD则一次捕捉一整张图像，或从中截取一块方形的区域。
一旦完成曝光的动作，控制电路会使电容单元上的电荷传到相邻的下一个单元，到达边缘最后一个单元时，电信号传入放大器，转变成电位。
如此周著复始，直到整个图像都转成电位，取样并数字化之后存入存储器。存储的图像可以传送到打印机、存储设备或显示屏。经冷冻的CCD同时在1990年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视设备，而各大型天文台亦不断研发高像素CCD以拍摄极高解像之天体照片。
ccd曝光机工作原理
ccd工作原理
CCD的工作过程分为四个部分，分别是光电转换、电荷储存、电荷转移、电荷检测。光电转换就是将光信号转换为电信号，CCD内部是由许多的光敏像素组成的，每像素就是一个光敏二极管，检测像素上产生的电荷，产生的信号电荷的数量直接与入射光的强度及曝光时间成正比。
