CCD成像原理及應(yīng)用課件

組員：段秀林CCD目錄PART1：CCD的介紹

PART2：CCD的組成

PART3：CCD的發(fā)展

PART4：CCD的成像原理

PART5：CCD與CMOS的比較

PART6：掃描儀分類PART7：CIS掃描儀PART8：CCD掃描儀目錄

PART1：CCD的介紹

PART2：CCD的組成

PART3：CCD的發(fā)展

PART4：CCD的成像原理

PART5：CCD與CMOS的比較

PART6：掃描儀分類PART7：CIS掃描儀PART8：CCD掃描儀CCD的功能特性將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，便于圖像的處理、存儲(chǔ)及傳輸體積小，重量輕，功耗小，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)靈敏度高，噪聲小，像素集成度高應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝目錄PART1：CCD的介紹

PART2：CCD的組成

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PART6：掃描儀分類PART7：CIS掃描儀PART8：CCD掃描儀CCD的組成微型鏡片分色濾色片感光層圖2.CCD組成結(jié)構(gòu)圖微型鏡片擴(kuò)展單個(gè)像素的受光面積相當(dāng)于在感光層前面加一幅眼鏡感光面積由微型鏡片的表面積決定圖3.CCD微型鏡片層示意圖RGB原色分色法畫質(zhì)銳利色彩真實(shí)噪聲大圖5.RGB原色分色法工作原理圖感光層將穿過(guò)分色濾色片的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)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SuperCCD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(duì)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比較圖多層感色CCD技術(shù)由Foveon公司發(fā)布依光線的吸收波長(zhǎng)逐層感色一個(gè)像素可以感應(yīng)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)工作原理圖四色CCD技術(shù)由SONY公司分布加入了淺綠色人眼對(duì)綠色更為敏感能更真實(shí)地還原綠色，加強(qiáng)了對(duì)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)比較圖目錄PART1：CCD的介紹

PART2：CCD的組成

PART3：CCD的發(fā)展

PART4：CCD的成像原理

PART5：CCD與CMOS的比較

PART6：掃描儀分類PART7：CIS掃描儀PART8：CCD掃描儀CCD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成像原理圖數(shù)據(jù)傳送方式不同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(zhǎng)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)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靈敏度更低成本差異CCD采用電荷傳遞的方式傳送數(shù)據(jù)，只要其中一個(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功耗更高目錄PART1：CCD的介紹

PART2：CCD的組成

PART3：CCD的發(fā)展

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PART6：掃描儀分類PART7：CIS掃描儀PART8：CCD掃描儀目錄PART1：CCD的介紹

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31CIS掃描儀CIS掃描儀結(jié)構(gòu)如下：目錄PART1：CCD的介紹

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33CCD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(lái)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(guò)程中，馬達(dá)（M1）正轉(zhuǎn)，掃描燈亮，并在掃描文件過(guò)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)。Page

34工作時(shí)序如下表：

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(lái)。如下圖：工作原理：

照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過(guò)一個(gè)很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)串行或者并行等接口送至計(jì)算機(jī)。

以實(shí)際的掃描過(guò)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(zhǎng)條形，并沿y方向掃過(guò)整個(gè)原稿；照射到原稿上的光線經(jīng)反射后穿過(guò)一個(gè)很窄的縫隙，形成沿x方向的光帶，又經(jīng)過(guò)一組反光鏡，由光學(xué)透鏡聚焦并進(jìn)入分光鏡，經(jīng)過(guò)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)。至此，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(guò)串行或者并行等接口送至計(jì)算機(jī)。掃描儀每掃一行就得到原稿x方向一行的圖像信息，隨著沿y方向的移動(dòng)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部逐步形成原稿