CCD復(fù)習(xí)資料匯總最終版精簡

1、CCD復(fù)習(xí)知識點匯總最近修改時間：2017年10月課程：CCD原理與應(yīng)用考試：5大題：單項選擇題15道（3）,簡單題（2.5），分析題I （1.5），分析題II （ 2）， 綜合題（1）1. CCD定義CCD是英文Charge Coupled Devices 的縮寫，譯作電荷耦合器件”是以電荷包的形式 存儲和傳遞信息的半導(dǎo)體表面器件。CCD由哪幾部分組成？CCD是由規(guī)則排列的金屬 一氧化物一半導(dǎo)體（Metal Oxide Semiconductor,MOS ）電容 陣列組成。主體部分：信號電荷轉(zhuǎn)移部分（ MOS電容器構(gòu)成動態(tài)移位寄存器）用于存儲傳輸電荷。 輸入部分：對信號電荷的采樣（電注入或光

2、注入）將信號電荷導(dǎo)引到轉(zhuǎn)移柵下面的勢阱中。輸出部分：將CCD最后一個轉(zhuǎn)移柵下的勢阱信號電荷引出，并檢出電荷所輸運的信息。2. CCD的發(fā)明時間與地點發(fā)明：1969年秋，由美國貝爾實驗室提出 （W.S博伊爾、G.E史密斯）。1970年3月的電 子工程師協(xié)會（IEEE）國際會議上首次發(fā)表。3. CCD的工作過程分4步：信號輸入、電荷存儲、電荷轉(zhuǎn)移、信號輸出。4. CCD的應(yīng)用分三個方面：圖像傳感、信號處理和數(shù)字存儲。5. 應(yīng)用：數(shù)字?jǐn)z像機、X射線拍照、遙感、制導(dǎo)，微光夜視、內(nèi)窺鏡，顯微鏡TV電話、車輛后視、傳真機、掃描儀，數(shù)字照相機1. 表面勢、勢阱的概念，CCD的基本構(gòu)成單元構(gòu)成CCD的基本單元

3、是 MOS（金屬氧化物半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)。勢阱：表征MOS電容存儲電荷的能力。表面勢：半導(dǎo)體與絕緣體界面上的電勢s2. 電荷耦合過程及其概念，電極的作用電荷耦合就是電荷轉(zhuǎn)移。電荷耦合：移位寄存器中電荷在外加?xùn)艍河行虻淖兓?，從一個電極的勢阱向下一個電極下的勢阱轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象?；窘Y(jié)構(gòu)應(yīng)包括：轉(zhuǎn)移電極結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)移溝道結(jié)構(gòu)、信號輸入結(jié)構(gòu)和信號檢測結(jié)構(gòu)。電極的作用：在驅(qū)動信號作用下使電荷定向轉(zhuǎn)移，相鄰勢阱耦合。3. CCD輸出信號特點？ *重點單溝道線陣CCD雙溝道線陣 CCD 每個象素的輸出信號浮置在一個正的直流電壓上（如：5V）,信號電平在幾十s幾百 mV變化，呈單極性負(fù)向變化。 輸出信號隨時間軸按離散形式

4、出現(xiàn)，每個電荷對應(yīng)一個象元，中間由復(fù)位電平隔離（信號包含復(fù)位脈沖干擾）。 將空間分布光學(xué)圖像變換為按時間分布的離散電壓信號。4. 光注入型：用于圖象傳感 電注入型：用于信號存儲和處理光注入時間tc由CCD驅(qū)動器的轉(zhuǎn)移脈沖的周期決定5. ICCD 工作過程： 將景物成像在 CCD光敏面上，光敏面將每個像敏單元的圖像照度轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘栯姾纱嬖贛OS電容器中； 轉(zhuǎn)移到移位寄存器 （轉(zhuǎn)移電極下的勢阱） 中； （在驅(qū)動脈沖作用下）順序移出電荷并轉(zhuǎn)為電壓。ICCD兩種形式： 單溝道線陣CCD雙溝道線陣CCD1轉(zhuǎn)移效率n和轉(zhuǎn)移損失率&n： 次轉(zhuǎn)移后到達下一個勢阱中的電荷量與原來勢阱中的電荷之比 ：電荷包在一次轉(zhuǎn)

5、移過程中損失的電荷量占原電荷量的百分比2. 影響轉(zhuǎn)移效率的因素 界面態(tài)對電荷的俘獲可能造成轉(zhuǎn)移損失界面態(tài) 界面態(tài)影響 克服方法： “胖零” （驅(qū)動時鐘）工作頻率對轉(zhuǎn)移效率的影響3. 驅(qū)動時鐘的工作效率的上下限，以及上下限限制的決定因素結(jié)論：工作頻率的上限由電荷包的轉(zhuǎn)移時間 t 決定。 結(jié)論：工作頻率的下限由少數(shù)載流子的壽命T決定 .4. 響應(yīng)度、飽和曝光量光響應(yīng)度a （斜率）：在線性區(qū)，直接反映 CCD象元靈敏度和電荷/電壓能力。 反映單位曝光量的增長下能產(chǎn)生電荷的能力。飽和曝光量：CCD俞出不再隨曝光量變化而變化時對應(yīng)臨界點處的曝光量值5. CCD 光譜響應(yīng)表示CCD寸各種單色光能的相對的響

6、應(yīng)能力，其中響應(yīng)度最大的波長稱峰值響應(yīng)波長。6. 噪聲噪聲源： （1） 由于電荷注入器件引起的噪聲；（2）電荷轉(zhuǎn)移過程中，電荷量的變化引起的噪聲；（3）由檢測產(chǎn)生的噪聲。 光子噪聲（輸入噪聲） 俘獲噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲） 胖零噪聲（轉(zhuǎn)移噪聲） 檢測噪聲（輸出噪聲） 暗電流噪聲7. CCD 分辨率分辨率：CCD能分辨的最小空間距離。象元數(shù)越多，象元中心距越小，CCD分辨率越高。8. 吸光度、光功率損耗、光功率的相關(guān)計算（MV - dBm）四、TCD1206為例，像元22361. 光敏元陣列總長如何計算？光敏元陣列總長計算：N個光電二極管*光敏單元尺寸3. SH的最小周期確定和什么有關(guān)？SH的最小時鐘周

7、期 TSH1118（像元/2）T1 （因分奇、偶兩列移出） T1為1的周期4. 在SH為高電平時，1為什么要有個更寬的脈沖？SH（sh）為高時且 1為寬時電荷轉(zhuǎn)移，MOS電容存儲勢阱電荷向橫向模擬移位寄存器1電極下的勢阱轉(zhuǎn)移。全部感光單元電荷并行轉(zhuǎn)移只此刻SH為高時可以轉(zhuǎn)移。1加寬為保證有足夠的時間完成轉(zhuǎn)移。五2. 并行輸出的優(yōu)點？并行輸出的線陣CCD在相同頻率驅(qū)動脈沖的作用下可以獲得更高的信號輸出速率，這在用線陣CCD僉測高速運動物體圖像的應(yīng)用中具有非常重要的作用。3. 開花”概念擴散到鄰m as “ I （1 l.t I ! U 14 J.5 M7 I M液 K.A （I*濁&.弊通單鎮(zhèn)尢

8、野的童涮覆隹燮憂示意閣三個窗口C波段、L波段“開花”是指光敏單元所存儲的電荷超出了勢阱容納電荷的容量而溢出勢阱, 近勢阱的現(xiàn)象。4. 結(jié)構(gòu)特點：象元三個為一組，每組含RGB紅綠藍）三色彩色線陣CCD有兩種形式：單行串行和三行并行5. 特種CCD中的“灰度”的概念把圖像的兩都從最亮到最暗分成 10個亮度等級，改亮度等級稱謂灰度。 由實踐中得知， 若灰度等級不少于 6級，圖像層次已較清楚。 微光CCD攝像系統(tǒng)中，CCD的灰度等級比較高， ?？梢苑譃?56個等級，但光電陰極和顯示器的亮度等級低。6. 1主動紅外攝像系統(tǒng)原理：當(dāng)紅外光源照射目標(biāo)時， 目標(biāo)反射的紅外光被攝像機所攝取，并將不可見的紅外光轉(zhuǎn)

9、換成可見光，在屏幕上顯示出來，實現(xiàn)紅外攝像。主動紅外攝像系統(tǒng)組成：由紅外光源和紅外攝像器件應(yīng)用：由于不受環(huán)境照明的限制，即使在漆黑的夜晚和中近距離內(nèi)，主動紅外電視也可獲得清晰的圖像。用面陣紅外光源，可以實現(xiàn)大范圍的監(jiān)視，加之近紅外攝相機體積小、成本低， 因此紅外線攝像系統(tǒng)有著廣泛的用途，諸如銀行、倉庫、港口、哨所等要害部位的夜間監(jiān)視，軍事、公安部門的監(jiān)視、偵查，膠片生產(chǎn)、沖印的質(zhì)量檢驗，生物夜間習(xí)性的研究，人體一 些部位的病變一一比如早期乳腺癌的檢查、探測等等，都收到了十分良好的效果。（2）被動紅外攝像系統(tǒng)原理：不需要紅外線照明，依靠目標(biāo)本身紅外輻射實現(xiàn)攝像望遠(yuǎn)紅外攝像：望遠(yuǎn)紅外CCD電視系統(tǒng)

10、對于海陸空三軍的遠(yuǎn)距離低空觀察都有著廣泛的應(yīng)用前景。在航空航天攝像方面中紅外CCD攝像：光學(xué)參數(shù)分析、遙感、目標(biāo)追蹤、醫(yī)療8. COMS與CCD的不同之處互補金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器CMOS- Compleme ntaryMetal Oxide Semic on ductorCMOfD CCD勺主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料 上，而CMO淀集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上。六2. 輻射效率，發(fā)光效率輻射效率及發(fā)光效率在給定入1入2波長范圍內(nèi)，某一光源發(fā)出的輻射通量與產(chǎn)生這些輻射通量所需的電功率之比，稱為該光源在規(guī)定光譜范圍內(nèi)的輻射效率。光源發(fā)射的總光通量與提供的功率之比稱為發(fā)光效

11、率。4. 氣體放電燈的工作原理工作原理：通過高壓使氣體電離放電，產(chǎn)生很強的光輻射， 而不像鎢絲燈那樣通過加熱燈絲使其發(fā)光，因而也稱氣體放電燈光源為冷光源。5. 氙燈的種類汞燈汞燈又稱水銀燈，是利用汞蒸氣放電發(fā)光而制成的燈，按汞蒸氣壓的不同可分 為低壓、高壓和超高壓三種。氙燈可分為長弧氙燈、短弧氙燈和脈沖氙燈三種。長弧氙燈發(fā)光光譜的峰值與人眼的最靈敏波長接近脈沖氙燈高速攝影技術(shù)中獲得廣泛的應(yīng)用6. 發(fā)光二極管發(fā)射的光譜峰值波長由何決定？2014諾貝爾物理學(xué)獎發(fā)光二極管發(fā)射的光譜峰值波長由材料的禁帶寬度決定。今年的諾貝爾物理學(xué)獎得主發(fā)明了一種新型節(jié)能環(huán)保光源一一藍光二極管。7. 混合光譜？光源顏色

12、定義？光源選擇的基本要求？混合光譜：由連續(xù)光譜與線、帶光譜混合而成。光源的顏色包含了兩方面的含義，即色表和顯色性。對光源發(fā)光光譜特性的要求、對光源發(fā)光強度的要求、對光源穩(wěn)定性的要求七2. 什么叫二值化處理？有哪幾種方法？哪種精度最高？什么叫浮動閾值法？優(yōu)點是什么？二值化處理是把圖像和背景作為分離的二值（0, 1）對待二值化處理方法：固定閾值法、浮動閾值法、微分法、比較法微分法 （精度最高）浮動閾值法 定義：使電壓比較器的閾值電壓隨測量系統(tǒng)的光源或隨CCD俞出視頻信號的幅值浮動。尺寸測量原理：在得到的二值化方波脈沖中填入與CCD像敏單元尺寸有關(guān)的高頻時鐘脈沖，并對其中的高頻時鐘脈沖計數(shù)，再乘以單

13、個高頻時鐘脈沖對應(yīng)的尺寸（脈沖當(dāng)量）。被測尺寸=計數(shù)值X脈沖當(dāng)量4.硬件二值化數(shù)據(jù)采集電路的功能、適用條件、用于二值化技術(shù)脈沖要求？ 電路功能：1. 在二值化波形高電平期間計$ t的個數(shù).2. $ t應(yīng)是$ r脈沖（與像素信號同頻率）頻率的整數(shù)倍，S是轉(zhuǎn)移脈沖.3. $ c的上升沿時刻應(yīng)對應(yīng)CCD輸出的第一個有效像元（二值化波形一定在$ c上升沿時刻之后時段）4. 鎖存信號發(fā)生在 二值化信號下降沿 之后的瞬間。適用條件：一個行周期內(nèi)只有一個二值化脈沖；只能采集二值化脈沖的寬度或尺寸，無法檢測物體的位置。（CCD有哪些象元被遮擋不知道）輸入脈沖要求 :? Fc的上升沿對應(yīng)于CCD俞出信號的第一個

14、有效像素單元? CR t脈沖頻率是復(fù)位脈沖 RS頻率的整數(shù)倍fcRt Nf RS5. 邊沿送數(shù)的二值化數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)據(jù)采集過程由線陣CCD亍同步脈沖Fc控制的二進制計數(shù)器對每行的標(biāo)準(zhǔn)脈沖進行計數(shù)。CCD輸出的載有被測物體尺寸信息的視頻信號經(jīng)過二值化處理電路產(chǎn)生被測信號的 方波脈沖。 將方波脈沖分別送給兩個邊沿信號產(chǎn)生電路，該電路產(chǎn)生兩個上升沿，它們分別對 應(yīng)于方波脈沖的前、后邊沿，即線陣CCD上的兩個位置。7. 用于CCD數(shù)據(jù)采集的計算機接口類型（四種）；計算機接口的作用，解決四個問題ISA 接口 PCI 接口 EPP 接口 USB 接口由于計算機的外圍設(shè)備品種繁多，主機CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換必須通過接口完成，協(xié)調(diào)解決如下問題： 速度不匹配問題：外設(shè)的工作速度要比CPU慢得多 時序不匹配問題：外設(shè)有自己的定時控制電路，以自己的速度傳輸數(shù)據(jù)，無法與CPU的時序取得統(tǒng)一 信息格式不匹配問題：不同外設(shè)處理和存儲的信息格式不同 信息類型不匹配問題：信號類型不同，如數(shù)字信號與模擬信號八（看 PPT）1.光源經(jīng)過聚光鏡后，成像于物平面上的照明方法，稱為臨界照明。 優(yōu)點：亮度高，結(jié)構(gòu)簡單（若忽略光能的損失，則光源像的亮度與光源本身相同，因此，這 種方法相當(dāng)于在物平面上放置光源） 缺點：照度不均