光电成像原理与技术
电荷耦合器件
1CCD简介
CCD (charge-coupled device)，一种用于探测光的硅片，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件，比传统的底片更能敏感的探测到光的变化。是用电荷量来表示不同状态的动态移位寄存器，由时钟脉冲电压来产生和控制半导体势阱的变化，实现存储和传递电荷信息的固态电子器件。英文简称CCD 。电荷耦合器件由美国贝尔实验室的W.S.博伊尔和G.E.史密斯于1969年发明，它由一组规则排列的金属-氧化物-半导体（MOS）电容器阵列和输入、输出电路组成。
2CCD发展
初期的CCD存储和转移信号电荷的势阱都位于硅-二氧化硅界面处，即所谓表面沟道CCD。1972年D.康首先设想了多数载流子CCD 形式，在此基础上人们研制出体沟道CCD和“蠕动”型CCD的新结构，有效地改善了CCD的性能。1973年美国仙童公司制成CCD摄像传感器，CCD遂从实验室进入工业生产的实用阶段。
四字的成语CCD的雏形是在N型或P型硅衬底上生长一层二氧化硅薄层，再在二氧化硅层上淀积并光刻腐蚀出金属电
资金管理>福桔极，这些规则排列的金属-氧化物-半导体电容器阵列和适当的输入、输出电路就构成基本的CCD移位寄存器。对金属栅电极施加时钟脉冲，在对应栅电极下的半导体内就形成可储存少数载流子的势阱。可用光注入或电注入的方法将信号电荷输入势阱。然后周期性地改变时钟脉冲的相位和幅度，
沧海桑田的拼音势阱深度则随时间相应地变化，从而使注入的信号电荷在半导体内作定向传输。CCD 输出是通过反相偏置PN结收集电荷，然后放大、复位，以离散信号输出。
电荷转移效率是CCD最重要的性能参数之一，用每次转移时被转移的电荷量和总电荷量的百分比表示。转移效率限制了CCD的最大转移级数。
体沟道CCD的电荷转移机理和表面沟道CCD略有不同。体沟道CCD又称为埋沟CCD。所谓体沟道即用来存储和转移信号电荷的沟道是在离开半导体表面有一定距离的体内形成。体沟道CCD的时钟频率可高达几百兆赫，而通常的表面沟道CCD只几兆赫。
固体成像、信号处理和大容量存储器是CCD的三大主要用途。各种线阵、面阵像感器已成功地用于天文、遥感、传真、卡片阅读、光测试和电视摄像等领域，微光CCD和红外CCD在航遥空感、热成像等军事应用中显示出很大的作用。CCD 信号处理兼有数字和模拟两种信号处理技术的长处，在中等精度的雷达和通信系统中得到广泛应用。CCD还可用作大容量串行存储器，其存取时间、系统容量和制造成本都介于半导体存储器和磁盘、磁鼓存储器之间。
中国于1975年研制出32位CCD移位寄存器。中国的CCD研制工作主要集中于CCD成像和信号处理。CCD摄像器在航空摄像、遥控、工业自动化等部门已获应用。CCD模拟延迟线和抽头延迟线在雷达和通信设备更新中发挥了重要作用。
3 CCD原理
CCD的优点：
(1) 体积小，重量轻，功耗低；耐冲击，可靠性高，寿命长；
(2) 无象元烧伤、扭曲，不受电磁场干扰；
(3) 象元尺寸精度优于1µm，分辨率高；
(4) 基本上不保留残象（真空摄像管有15%～20%的残象）。
(5) 视频信号与微机接口容易。
CCD成像的结构：
家庭打扫卫生图片在P型或N型硅单晶的衬底上生长一层厚度约为0.1-0.2微米的SiO2层，然后按一定次序沉积N个金属电
极作为栅极，栅极间的间隙约2.5µm，电极的中心距离15～20µm ，于是每个电极与其下方的SiO2和半导体间构成了一个金属-氧化物-半导体结构，即MOS结构。CCD的特点是以电荷作为信号，不是以电流或电压作为信号。
CCD图像传感器主要有两种基本类型，一种为信号电荷包存储在半导体与绝缘体之间的界面，并沿界面进行转移的器件，称为表面沟道CCD（简称为SCCD）器件；另一种为信号电荷包存储在距离半导体表面一定深度的体内，并在半导体体内沿一定方向转移的器件，称为体沟道或埋沟道器件（简称为BCCD）。
微型镜头
CCD成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此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。
分色滤色片
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CMYK补色
分色法这两种方法各有优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼睛可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是Red、Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说CMYK，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红（M）、黄（Y）、黑（K）。在印刷业中，CMYK更为适用，但其调节出来的颜色不及RGB的多。
原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪点问题。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，但却牺牲了部分影像的分辨率。
保姓感光层
刘邦有几个老婆CCD的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过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。CCD分类
线型CCD、面型CCD又称全幅式CCD、阵列型CCD。
面型CCD的嚗光方式有以下三种。
相机内的CCD元件
1.单CCD芯片三次嚗光：即通过三色滤镜轮盘分别将红蓝绿三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。这种方式得到的影像
质量很高，但三次嚗光，不能用于拍摄动态影像。
2.三CCD芯片一次嚗光：三个CCD芯片，分别感应红绿蓝三色光（或其中两片感应绿色光，另一片感应红蓝光），自然光通过分光棱镜系统将三色光分别投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。这种方式得到的影像质量和单芯片三次嚗光一样，而一次嚗光可拍摄动态影像。缺点是三CCD的成本很高，分光棱镜的制作技术难度也很大。
3.单CCD芯片一次嚗光：CCD上组合排列感应三种色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼对绿色最为敏感，通常CCD上的感绿色像素最多。这种方式的影像质量最低，但受成本的限制和对动态影像的拍摄要求，市面上主流产品大都采用单CCD芯片一次嚗光。CCD的应用
近年来，CCD器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。随着CCD技术和理论的不断发展，CCD技术应用的广度与深度必将越来越大。CCD 是使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“0”或“1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存，可对被测物体进行准确的测量、分析。
父亲生日礼物
CCD最常应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。能捕捉到70%的入射光，优于传统菲林底片的2%，其优越的性能迅速获得天文学家的大量采用。
