CCD成像原理及應(yīng)用剖析

1、LOGOLOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGO目錄目錄 PART1PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PAR

2、T4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGO什么是CCDn 電荷耦合器n 將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號n 由大量按矩陣排列的光敏元件組成n CCD的分辨率即像素圖1.CCD及光敏元件放大示意圖LOGOCCD的功能特性n 將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，便于圖像的處理、存儲及傳輸n 體積小，重量輕，功耗小，性能穩(wěn)定，壽命長n 靈敏度高，噪聲小，像素集成度高n 應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝LOGO

3、目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOCCD的組成n 微型鏡片n 分色濾色片n 感光層圖2.CCD組成結(jié)構(gòu)圖LOGO微型鏡片n 擴展單個像素的受光面積n 相當于在感光層前面加一幅眼鏡n 感光面積由微型鏡片的表面積決

4、定圖3.CCD微型鏡片層示意圖LOGO分色濾色片n RGB原色分色法n CMYG補色分色法圖4.分色濾色片工作原理圖LOGORGB原色分色法n 畫質(zhì)銳利n 色彩真實n 噪聲大圖5.RGB原色分色法工作原理圖LOGOCMYG補色分色法n 可以容忍較高的ISO值n 對色彩的分辨更加細致圖6.CMYG補色分色法工作原理圖LOGO感光層n 將穿過分色濾色片的光源轉(zhuǎn)換成電子信號n 將信號收集放大并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送到影像處理芯片圖7.CCD感光層示意圖LOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)

5、展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOSuper CCD由富士公司推出采用八邊形的二極管，有效感光面積更大像素以蜂窩狀排列，更緊湊，對光線的利用率更高改變像素間的排列關(guān)系，使RGB像素相當，三個一組合成一個像素，生成的像素更多圖8.SuperCCD與普通CCD比較圖LOGO多層感色CCD技術(shù) 由Foveon公司發(fā)布 依光線的吸收波長逐層感色 一個像素可以感應(yīng)

6、三種顏色 提高了影像的品質(zhì)與色彩表現(xiàn)圖9.多層感色CCD技術(shù)工作原理圖LOGO四色CCD技術(shù) 由SONY公司分布 加入了淺綠色 人眼對綠色更為敏感 能更真實地還原綠色，加強了對自然風(fēng)景的解色能力圖10.三色CCD技術(shù)與四色CCD技術(shù)比較圖LOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CIS

7、IS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOCCD成像原理存儲后期處理 放大A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電荷收集電荷光線射入圖11.CCD成像原理圖LOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGO數(shù)據(jù)傳送

8、方式不同CCD先整合再放大CMOS先放大再整合CMOS每個像素都會鄰接一個放大器和一個A/D轉(zhuǎn)換電路圖12.CCD與CMOS結(jié)構(gòu)比較圖LOGO造成差異的原因CCD的特殊工藝可保證數(shù)據(jù)在傳送時不會產(chǎn)生失真，像素可先匯聚到邊緣再進行放大處理CMOS工藝使得數(shù)據(jù)在傳送距離較長時會產(chǎn)生噪聲，必須先放大再整合各個像素產(chǎn)生的數(shù)據(jù)LOGOCCD和CMOS的差異靈敏度差異成本差異分辨率差異噪聲差異功耗差異LOGO靈敏度差異CMOS中每個像素都包含放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路CMOS中每個像素感光區(qū)域的面積遠小于像素的表面積在像素尺寸相同時，CMOS靈敏度更低LOGO成本差異CCD采用電荷傳遞的方式傳送數(shù)據(jù)，只要其中

9、一個像素不能工作，整排的數(shù)據(jù)都不能傳送，成品率低CMOS采用CMOS工藝，可輕易將外圍電路集成到傳感器芯片中，可節(jié)省外圍芯片的成本CMOS成本更低LOGO分辨率差異CMOS像素更復(fù)雜，尺寸更大相同尺寸的CCD和CMOS傳感器，CCD分辨率更高LOGO噪聲差異CMOS中每個感光二極管都需配備一個放大器，放大器屬模擬電路，很難保證每個放大器得到的結(jié)果一致CCD只在芯片邊緣有一個放大器CMOS噪聲多，圖像品質(zhì)差LOGO功耗差異CMOS傳感器的圖像采集方式為主動式，感光二極管產(chǎn)生的電荷直接放大輸出CCD傳感器的圖像采集方式為被動式，需外加12-18V電壓讓每個像素產(chǎn)生的電荷定向移動CCD功耗更高LOG

10、O目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOPage 29分類分類按照圖象傳感器分：（1）CIS掃描儀 CIS掃描儀主要使用LIDE(二極管間接曝光)技術(shù)。 特點：沒有復(fù)雜的反射鏡組結(jié)構(gòu)，使掃描原稿的反射光直接穿過透

11、鏡到達線性傳感器。LIDE技術(shù)最重要的設(shè)計理念就是化繁 為簡，避免多次折射、反射帶 來的各種像差和色差。 應(yīng)用：傳真機、掃描儀。（2）CCD掃描儀 CCD（電荷耦合器件）技術(shù) 特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，掃描原稿后反射，經(jīng)過一組反射鏡后進入 光學(xué) 透鏡聚焦，再經(jīng)過紅綠藍三色濾色鏡到達CCD上，CCD將光圖象 轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號，此信號又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信 號。 應(yīng)用：數(shù)碼相機、掃描儀、攝像機中廣泛。LOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD

12、的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOPage 31CIS掃描儀結(jié)構(gòu)如下：LOGO目錄目錄 PART1 PART1：CCDCCD的介紹的介紹 PART2PART2：CCDCCD的組成的組成 PART3PART3：CCDCCD的發(fā)展的發(fā)展 PART4PART4：CCDCCD的成像原理的成像原理 PART5PART5：CCDCCD與與CMOSCMOS的比較的比較 PART6PART6：掃描儀掃描儀分類分類

13、PART7PART7：C CISIS掃描儀掃描儀PART8PART8：CCDCCD掃描儀掃描儀LOGOPage 33CCDCCD掃描儀掃描儀CCD掃描儀結(jié)構(gòu)如下：工作流程如下圖 掃描儀通電和接收來自主機的信號后，原位傳感器處于原位原位判斷狀態(tài)。在掃描單元向前和掃描文件這二個過程中，馬達（M1）正轉(zhuǎn)，掃描燈亮，并在掃描文件過程中，將數(shù)據(jù)傳輸回電腦。當完成掃描后，M1反轉(zhuǎn)，掃描單元退回原位，再次處于等待狀態(tài)。LOGOPage 34工作時序如下表：LOGO 白平衡的獲?。菏紫?，原位傳感器確定掃描儀原始位置，掃描單元讀取黑色部分。LED燈亮。當掃描單元讀到黑/白色交界處時停止讀取，驅(qū)動馬達會計算出原位

14、到黑/白交界處的步數(shù)。此時掃描儀等待計算機信號的到來。如下圖：LOGO工作原理： 照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過一個很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進入分光鏡；進入分光鏡，經(jīng)過棱鏡和紅綠藍三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶分別照到各自的CCD上；CCD將RGB光帶轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號，此信號又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號；反映原稿圖像的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C能夠接受的二進制數(shù)字電子信號，最后通過串行或者并行等接口送至計算機。LOGO 以實際的掃描過程為例：掃描儀掃描圖像的步驟是:首先將欲掃描的原稿正面朝下鋪在掃描儀的玻璃板上，原稿可以是文字稿件或者圖紙照片；然后啟動掃描儀驅(qū)動程序后，安裝在掃描儀內(nèi)部的可移動光源開始掃描原稿。為了均勻照亮稿件，掃描儀光源為長條形，并沿y方向掃過整個原稿；照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過一個很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進入分光鏡，經(jīng)過棱鏡和紅綠藍三色濾色鏡得到的RGB三條彩色光帶分別照到各自的CCD上，CCD將RGB光帶轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號，此信號又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號。至