CCD成像原理及應(yīng)用

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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于圖像的處理、存儲(chǔ)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(kuò)展單個(gè)像素的受光面積n 相當(dāng)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(bǔ)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(shí)n 噪聲大圖5.RGB原色分色法工作原理圖LOGOCMYG補(bǔ)色分色法n 可以容忍較高的ISO值n 對色彩的分辨更加細(xì)致圖6.CMYG補(bǔ)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(hào)n 將信號(hào)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(dāng)，三個(gè)一組合成一個(gè)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(gè)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(shí)地還原綠色，加強(qiáng)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(chǔ)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(gè)像素都會(huì)鄰接一個(gè)放大器和一個(gè)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(shí)不會(huì)產(chǎn)生失真，像素可先匯聚到邊緣再進(jìn)行放大處理CMOS工藝使得數(shù)據(jù)在傳送距離較長時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲，必須先放大再整合各個(gè)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(gè)像素都包含放大器和A/D轉(zhuǎn)換電路CMOS中每個(gè)像素感光區(qū)域的面積遠(yuǎn)小于像素的表面積在像素尺寸相同時(shí)，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(gè)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(gè)感光二極管都需配備一個(gè)放大器，放大器屬模擬電路，很難保證每個(gè)放大器得到的結(jié)果一致CCD只在芯片邊緣有一個(gè)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(dòng)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(dòng)式，需外加12-18V電壓讓每個(gè)像素產(chǎn)生的電荷定向移動(dòng)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(diǎn)：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(dá)線性傳感器。LIDE技術(shù)最重要的設(shè)計(jì)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(jī)、掃描儀。（2）CCD掃描儀 CCD（電荷耦合器件）技術(shù) 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，掃描原稿后反射，經(jīng)過一組反射鏡后進(jìn)入 光學(xué) 透鏡聚焦，再經(jīng)過紅綠藍(lán)三色濾色鏡到達(dá)CCD上，CCD將光圖象 轉(zhuǎn)變?yōu)槟M電子信號(hào)，此信號(hào)又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信 號(hào)。 應(yīng)用：數(shù)碼相機(jī)、掃描儀、攝像機(jī)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(jī)的信號(hào)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(gè)過程中，馬達(dá)（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(dāng)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(shí)序如下表：LOGO 白平衡的獲?。菏紫龋粋鞲衅鞔_定掃描儀原始位置，掃描單元讀取黑色部分。LED燈亮。當(dāng)掃描單元讀到黑/白色交界處時(shí)停止讀取，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)會(huì)計(jì)算出原位

14、到黑/白交界處的步數(shù)。此時(shí)掃描儀等待計(jì)算機(jī)信號(hào)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(gè)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(jìn)入分光鏡；進(jìn)入分光鏡，經(jīng)過棱鏡和紅綠藍(lán)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(hào)，此信號(hào)又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號(hào)；反映原稿圖像的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)能夠接受的二進(jìn)制數(shù)字電子信號(hào)，最后通過串行或者并行等接口送至計(jì)算機(jī)。LOGO 以實(shí)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(dòng)掃描儀驅(qū)動(dòng)程序后，安裝在掃描儀內(nèi)部的可移動(dòng)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(gè)原稿；照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過一個(gè)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(jìn)入分光鏡，經(jīng)過棱鏡和紅綠藍(lán)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(hào)，此信號(hào)又被A/D變換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電子信號(hào)。至