CCD工作原理教程(V1.2)

1、Confidential2022-7-41圖像傳感器原理介紹（CCD和CMOS介紹）Ver. 1.22006.03.02Prepared By Kency Zeng未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)基礎篇未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)Image Sensor的分類 Image Sensor的分類有兩種： 1.CCD圖像傳感器 2.CMOS圖像傳感器未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD圖像傳感器簡介 （Charge Coupled Device ，感光耦合組件簡稱） 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD IMAGE SENSOR外形未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD通用外形 為攝像系統(tǒng)中可記錄光線變化的半導

2、體，通常市面所見外形如下圖，通常以百萬像素megapixel 為單位。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD發(fā)展史 1969年，由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。同年，日本的年，由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。同年，日本的SONY公司也開始研究公司也開始研究CCD。 1973年年1月，月，SONY中研所發(fā)表第一個以中研所發(fā)表第一個以96個圖素并以線性感個圖素并以線性感知的二次元影像傳感器知的二次元影像傳感器8H*8V (64圖素圖素) FT方式三相方式三相CCD。 1974年年6月，彩色影像用的月，彩色影像用的FT方式方式32H*64V CCD研究成功了。研究成功了。 1976年年8月，完成實驗室

3、第一支攝影機的開發(fā)。月，完成實驗室第一支攝影機的開發(fā)。 1980年，年，SONY 發(fā)表全世界第一個商品化的發(fā)表全世界第一個商品化的CCD攝影機攝影機 (編號編號XC-1) 。 1981年，發(fā)表了年，發(fā)表了28萬個圖素的萬個圖素的 CCD (電子式穩(wěn)定攝影機電子式穩(wěn)定攝影機MABIKA)。 1983年，年，19萬個圖素的萬個圖素的IT方式方式CCD量產成功。量產成功。 1984年，發(fā)表了低污點高分辨率的年，發(fā)表了低污點高分辨率的CCD。 1987年，年，1/2 inch 25萬圖素的萬圖素的 CCD，在市面上銷售。，在市面上銷售。 同年，發(fā)表同年，發(fā)表2/3 inch 38萬圖素的萬圖素的CCD

4、，且在市面上銷售。，且在市面上銷售。 1990年年7月，誕生了全世界第一臺月，誕生了全世界第一臺 V8。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD的分類 從信號傳輸方式上分：全幀傳輸CCD、隔行傳輸CCD兩種； 從濾鏡類型來分：原色CCD和補色CCD； 從感光單元形狀和排列方式來分：普通CCD和 超級CCD未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD生產廠家 目前有能力生產 CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp，泰半是日本廠商。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CMOS圖像傳感器簡介 英文全名 Complementary Metal-Oxi

5、de Semiconductor，互補性氧化金屬半導體未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CMOS Image Sensor外形未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CMOS發(fā)展史 1989年，CMOS圖像傳感開始研制出來。 1990年，CMOS專用的DSP研發(fā)成功 2002年，CMOS的C3D（ ）技術應用未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD畫素多寡與尺寸大小沒有絕對關系畫素多寡與尺寸大小沒有絕對關系 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD外形尺寸規(guī)格 傳統(tǒng) 4：3 的規(guī)格走向 16：9 /16：10 更寬廣的界線。然而，大多數 DSC 消費型數字相機的 CCD 長寬比，依然沿襲 1950 年代電視規(guī)格標準剛制訂時

6、 4：3的標準（3：2主要仍為 DSLR 數字單眼機身所采用，另中片幅、專業(yè)數字機背享有1：1之正方形特殊規(guī)格）。主要是這方面設計變更不僅會影響成本，也會牽動至后續(xù)相機與鏡頭的設計。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD外形尺寸信息未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā) 原理篇未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD類型 因應不同種類的工作需求，業(yè)界發(fā)展出四種不同類型的 CCD ： Linear 線性、 Interline掃瞄、 全景 Full-Frame Frame-Transfer 全傳 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD分辨率 指的就是中有多少像素，也就是指這臺數字相機的上有多少感光組件。未經許可，不得隨

7、意拷貝和轉發(fā)CCD的組成結構 CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網膜是由負責光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞，分工合作組成視覺感應。 CCD經過長達35年的發(fā)展，大致的形狀和運作方式都已經定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)黑白CCD的組成結構圖未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的組成結構分圖 CCD 的三層結構：上：增光鏡片、中：色塊網格 下：感應線路 由微型鏡頭、馬賽克分色網格，及墊于最底層的電子線路矩陣所組成 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD運行

8、圖未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD運行圖說明 是1980年初，由SONY領先發(fā)展出來的技術。 這是為了有效提升CCD 的總畫素，又要確保單一畫素持續(xù)縮小以維持CCD的標準體積。因此，必須擴展單一畫素的受光面積。但利用提高開口率來增加受光面積，反而使畫質變差。所以，開口率只能提升到一定的極限，否則CCD將成為劣品。為改善這個問題 SONY率先在每一感光二極管上（單一畫素）裝置微小鏡片。這個設計就像是幫CCD掛上眼鏡一樣，感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定，而改由微型鏡片的表面積來決定。如此一來，可以同時兼顧單一畫素的大小，又可在規(guī)格上提高了開口率，使感光度大幅提升。 未經許可，不得隨意

9、拷貝和轉發(fā)彩色CCD混色（RGB色）原理CCD的第二層是分色濾色片，這個部份的作用主要是幫助 CCD 具備色彩辨識的能力?；氐皆搭^，CCD 本身僅是光與電感應器，透過分色濾片，CCD 可以分開感應不同光線的成分，從而在最后影響處理器還原回原始色彩。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的原色原理 目前CCD有兩種分色方式：一是 RGB 原色分色法，另一個則是 CMYG補色分色法，這兩種方法各有利弊，過去原色和補色CCD的產量比例約在 2：1左右，2003年后由于影像處理引擎的技術和效率進步，目前超過 80都是原色 CCD 的天下。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的補色原理 補色CCD由

10、多了一個 Y 黃色濾色器，在色彩的分辨上比較仔細，但卻犧牲了部分影像分辨率，而在ISO值上，補色CCD可以容忍較高的感度，一般都可設定在 800以上。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的感光層這層主要是負責將穿透濾色層的光源轉換成電子訊號，并將訊號傳送到影像處理芯片，將影像還原。 這個部份可以說是 CCD 真正核心的部份，主要的 CCD 設計大致上分成幾個區(qū)塊。被稱為畫素 Pixel （Photodiodes）感光二極管，主要是應用于光線感應部份，Gate 區(qū)有一部份被用作電子快門，藍色區(qū)塊則是布局為電荷通路，用來傳導電荷之用。白色區(qū)塊就是 Charge Drain，也有稱為 Shiel

11、ded Shift Registers ，中文或可翻為電荷儲存區(qū)，主要功用為收集經二極管照射光線后所產生之電荷。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD工作方式一 分解CCD 結構可以發(fā)現，為了幫助 CCD 能夠組合呈彩色影像，網格被發(fā)展成具有規(guī)則排列的色彩矩陣，這些網格以紅R、綠G和藍B濾鏡片所組成（三原色CCD），亦有補色CCD （為CMYG . Y黃色）。每一個CCD組件由上百萬個 MOS電容所構成（光點的多寡端看CCD 的畫素而定）。當數字相機的快門開啟，來自影像的光線穿過這些馬賽克色塊會讓感光點的二氧化硅材料釋放出電子負電與電洞正電。經由外部加入電壓，這些電子和電洞會被轉移到不同極性的另

12、一個硅層暫存起來。電子數的多寡和曝光過程光點所接收的光量成正比。在一個影像最明亮的部位，可能有超過10萬個電子被積存起來。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD工作方式二圖左：階段一，圖左：階段一，CCD 接受光線的照射產生電荷接受光線的照射產生電荷 / 圖右：階段二，外加電壓將圖右：階段二，外加電壓將CCD 所所產生的電荷移往緩沖區(qū)產生的電荷移往緩沖區(qū)圖左：階段三，電荷轉換成電壓，電壓經圖左：階段三，電荷轉換成電壓，電壓經 ADC 判讀數字訊號判讀數字訊號 / 圖右：階段四，依順序圖右：階段四，依順序將訊號移往緩沖區(qū)組合將訊號移往緩沖區(qū)組合未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā) CCD的工作原理的工作原

13、理 CCD的結構就象一排排輸送帶上并排放滿了小桶，光線就象雨滴撒入各個小桶，每個小桶就是一個像素。按下快門拍照的過程，就是按一定的順序測量一下某一短暫的時間間隔中，小桶中落進了多少“光滴”，并記在文件中。一般的CCD每原色的光度用8位來記錄，即其小桶上的刻度有8格，也有的是10位甚至12位，10位或12位的CCD在記錄色彩時可以更精確，尤其是在光線比較暗時。早期的CCD是隔行掃描的，同一時刻，每兩行小桶，只有一行被測量，這樣可以提高快門速度，但圖像精度大為降低。 隨著技術的進步，人們已能讓CCD記錄在幾十分之一秒，甚至幾千分之一秒的時間里，落進各個“小桶”的“光滴”的量，所以，新的CCD一般都

14、是逐行掃描的。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD工作方式 三 曝光之后所有產生的電荷都會被轉移到鄰近的移位緩存器中，并且逐次逐行的轉換成信號流從矩陣中讀取出來。這些強弱不一的電荷訊號，會先被送入一個 QV（Electron to voltage converte）之中，將電荷轉換成電壓；下一步再將電壓送入放大器中進一步放大，然后才是 A/D 模擬數字訊號轉換器（ADC Analog to Digital Converter）。ADC轉換器能將信號的連續(xù)范圍配合色塊碼賽克的分布，轉換成一個2D的平面表示列，它讓每個畫素都有一個色調值，應用這個方法，再由點組成網格，每一個點（畫素）現在都有用以表

15、示它所接受的光量的二進制數據，可以顯示強弱大小，最終再整合影像輸出。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD的的ADC 轉換電壓至數字訊號示轉換電壓至數字訊號示意圖意圖 ADC 轉換電壓至數字訊號示意圖轉換電壓至數字訊號示意圖 ： 此此 ADC 為為8位處理器位處理器可以將電壓訊號分成可以將電壓訊號分成 256（0255） 個位階判讀個位階判讀ADC 位數的多寡將決定畫質的精細程度，目前位數的多寡將決定畫質的精細程度，目前 SONY 量量產產 14位之位之ADC，多數的數字相機都可達到，多數的數字相機都可達到 12位以上位以上未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)Linear 純線性純線性 線型線型CCD是

16、以一維感光點構成，透過步進馬達掃瞄圖像，由于照片是一行行組成，所以速度較使用 2維CCD的數字相機來得慢。這型CCD 大多用于平臺式掃描儀之上。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)Interline Transfer 掃瞄型掃瞄型 CCD 的曝光步驟就如同前面所介紹的相同，IL 型 CCD 的優(yōu)點在于曝光后即可將電荷儲存于緩存器中，組件可以繼續(xù)拍攝下一張照片，因此速度較快，目前的反應速度以已經可達每秒 15張以上。相對性的缺點則是暫存區(qū)占據了部份感光面積，因此動態(tài)范圍（Dynamic Range - 系統(tǒng)最亮與最暗之間差距所能表現的程度）較小。不過，由于速度快、成本低，市面上超過 8 成以上的數字相機

17、都采用 IL 型 CCD 為感光組件 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā) 全景全景Full-Frame 全像全像 CCD 則是一種架構更簡單的感光設計。有鑒于 IL 的缺點，FF改良可以利用整個感光區(qū)域（沒有暫存區(qū)的設計），有效增大感光范圍，同時也適用長時間曝光。其曝光過程和 Interline 相同，不過感光和電荷輸出過程是分開。因此，使用 FF CCD的數字相機在傳送電荷信息時必須完全關閉快門，以隔離鏡頭入射的光線，防止干擾。這也意味著 FF 必須使用機械快門（無法使用 IL 的電子 CLOCK 快門)，同時也限制了FF CCD的連續(xù)拍攝能力。Full-Frame CCD 大多被用在頂級的數位機

18、背上。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)Frame-Transfer 全傳全傳 全傳全傳 CCD 的架構則是介于 IL 和 FF 之間的產品，它分成兩個部分上半部分是感光區(qū)，下半部則是暫時存儲區(qū)。整體來說 Frame-Transfer CCD 非常的類似 Full-Frame CCD，它的特點在于直接規(guī)劃了一個大型暫存區(qū)。一旦FT CCD 運作，它可以迅速將電荷轉移到下方的暫存區(qū)中，本身則可以繼續(xù)曝光拍照。這個設計，讓FT 同IL 一樣可以使用電子快門，但同時也可增加感光面積和速度。FT CCD 主要是由 荷蘭 Philips 公司開發(fā)，后來技術移轉給 SANYO 公司發(fā)展成 VPMIX 技術。三

19、洋對 VPMIX 的改良相當成功，使它的數字相機能兼具靜態(tài)和動畫的拍攝能力（可達 30 fps 的拍攝速度 - 在動畫運用上非常出色）。此外，FT 型 CMOS 也被應用于 Fill factor CMOS，作為提高高階 SLR 連拍能力的設計。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)全幀傳輸全幀傳輸CCD和隔行傳輸和隔行傳輸CCD的工作原理的工作原理 在每個像素單元中，有70的面積用來制造光電二極管。整個像素的框內幾乎全是感光面積。不需要也沒辦法放置更大面積的光學鏡片來提高它的采光量。它的讀出順序和隔行傳輸CCD是一樣的。這種結構的好處是，可以得到盡量大的光電二極管，達到更好的成像質量?？梢哉f，同樣的

20、CCD面積，全幀傳輸肯定會有更好的性能。全幀傳輸CCD在感光器件中的每個光電二極管的有效像素的面積更大，從而可以捕捉到更多的圖像數據。一般而言，全幀傳輸CCD能夠捕捉到的有效圖像數據大約是隔行傳輸CCD的兩倍，從而具有更大的動態(tài)范圍、更低的噪點和較高的感光度等優(yōu)點，從而改善了暗部和高光部分的細節(jié)表現。但是全幀傳輸CCD不能輸入視頻圖像，不能用液晶屏做取景器，必須以機械快門配合工作。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的分色圖未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的分色原理以 GRGB 原色色彩數組來說，R 色濾光片其實內部包含了洋紅與黃兩種色調的濾片，透過補色機制（見下圖），使其底部的感光

21、區(qū)可以感受到紅色的光線（上圖左）；相對地，補色 CCD（上圖右），同學們可以發(fā)現，其中只有一層染料色片，例如 ：Y 黃色，就阻擋了藍光的進入，由紅綠兩光形成紅色色塊，也因此補色CCD 可以吸收更多的光線，其感光能力也比原色 CCD 強得多，但處理起來因為還是要還原成 RGB 系，對于影像處理引擎的負擔較為沉重。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的插值彩色CCD在分色計算程序過程中，如果一張數字圖片的色彩只有 25的紅色和藍色與 50的綠色，這三個素材迭合起來的完成圖無法成彩色畫面，為了補強色彩不足的部份，CCD 取樣完成后，影像處理引擎必須進入插值 Interpolation工作階段，將

22、不足的 75的紅色與藍色和另外50的綠色，透過數據計算的方式加進影像檔案之中，使其構成完整各 100的 RGB 三原色檔案，最終合成為一數字照片。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力定義 使用 CCD 作為感光組件，無法像傳統(tǒng)相機一樣選擇底片來換成較高（ISO 1600）或較低（ISO 50）的感光能力。新技術的進步，讓 CCD可以擁有媲美高感度底片之 ISO 1600 的感光能力。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力提高途徑 CCD 提高 ISO 的能力通常分為硬體和軟件處理上的設計，例如：簡化來自特定區(qū)域 CCD上的畫素信號來提高 ISO 表現（因為CC

23、D無法在物理上增大感光面積，只好聯合矩陣在處理上仿真大感光面積的方式，所以ISO 越高就必須相對的降低分辨率 - 見下圖），但這也相對的降低了影像的色調范圍。而軟件處理則是根據數據運算，取得合理的曝光表現，但通常也會伴隨著噪聲的產生。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力對比圖片未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力決定因素 CCD倒車攝像機最大的ISO值主要是取決于最低的可接受的信噪比（S/N）?？朔?S/N 的最大關鍵乃是位于 CCD 組件中的電極暗電流 - Black level電荷。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力電極暗電流定義 暗電

24、流是指在沒有入射光的情況下CCD所仍具有之電荷量，理想的CCD其暗電流應該是零，但部分游離電荷會殘存在電極之間，導致沒有光線下CCD還是感應到些許的電荷存在，形成了看到了的雜像！ 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力電極暗電流影響因素一 S/N的強度還會隨溫度增高而增加（每增加 10，S/N可能增加 1倍）。因此，在連續(xù)施加電源過久的情況下，機體溫度過熱會導致畫面的噪聲增加。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD ISO 感光能力電極暗電流影響因素二 曝光過度也會使景物較為明亮區(qū)域的CCD帶有過量電子。一般來說 CCD 會忠實的反應其結果，就是曝光過度的白光！。不過，在極端情況下

25、，CCD的電子會滲進鄰近的電極當中，導致數字影像拖出長白光跡或變色光影。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD 色調范圍 在準確地曝光下，CCD將比正片更能捕捉到寬廣的影像色調范圍。一個普通的 CCD 可以記錄 250：1（8級光圈）左右的高反差場景。高文件的 FF CCD 系統(tǒng)則可處理近1000：1的色調范圍。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD時脈運行 時脈運行也是控制 CCD 一個很重要的環(huán)節(jié)。在 CCD 中電荷必須透過緩存器的轉移，才能運送至放大器重新計算這些電荷信息，變成實際的數字影像。這個過程主要是透過 CCD 的時脈（Cloxking）運行控制，主流設計大致分為三種：4、3、2相位

26、（Phase）。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD電子產生過程原理一 當光線照射CCD產生電子和電洞（如2.），并在上層的導電閘施以正電+V后，電子會集中在SiO2和Si之間。施電壓后儲存電子會進行排列，（如3.），當L1被施以正電壓時，L2和L3為零電壓時，電子會集中在Gate閘下。當掃瞄（Scan）訊號到達L2時，L1仍保持Vg，L3仍為零，此時電子平均分布在 n/p Gate 之間。之后，重設訊號（Reset）到達，使L1恢復為零，電子就集中在 p Gate 下方。直到掃瞄訊號到達L3，p Gate 下的電子由左至右經由傳導，抵達輸出端。在掃瞄訊號到達L3后，下一輪的重設訊號又會將L3恢

27、復為零，新周期又重新開始。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD電子產生過程原理二未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD電子產生過程的三階段 三階段法（three-phase），電子要到達輸出端必須要經過三階段：L1=Vg, L2=0, L3=0 / L1=Vg, L2=Vg, L3=0 / L1=0, L2=Vg, L3=0 。同樣的二階段和四階段法，作用大致相同。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD的界限解析度 界限解析度是對彩色CCD畫面清晰度評價指標。 界限解析度會因個人的視覺差異而得出不同的數值。 界限解析度跟CCD的光圈補正量、MONITOR的輝度特性及個人差異有關。未經許可，不得隨意

28、拷貝和轉發(fā)彩色CCD的界限解析度的評價圖形未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD界限解析度計算一 1.調整解析度測試圖后，攝取測試圖影像。 2.調整鏡頭焦距直到可讀取測試圖上的楔形 最大值的影像為止。 3.調整彩色CCD的白平衡（white balance) 4.調整示波器的同步化，直到可line select如 圖（a）的楔形部份影像為止。 5.針對測試圖進行l(wèi)ine select 200TV量測如圖 （b）所示的4 條楔形的寬度d1（s）。 6.接著針對測試圖進行l(wèi)ine select 300TV量測 如圖（b）所示的4 條楔形的寬度d2（s）。未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD界限解

29、析度計算二 7.移動line select尋找4條楔形界限點圖（c），并量測楔形的寬度dx（S) 8.界限解析度RLIN(S)=200+100 x(dx-d1)/(d2-d1)未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā) CCD和CMOS對比篇未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD 與與 CMOS 感光組件之優(yōu)缺點比較感光組件之優(yōu)缺點比較 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-ISO 感光度差異感光度差異 CMOS 每個畫素包含了放大器與A/D轉換電路，過多的額外設備壓縮單一畫素的感光區(qū)域的表面積，因此在 相同畫素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會低于CCD。 未經許可，不得隨意拷貝

30、和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-分辨率差異分辨率差異 CMOS 每個畫素的結構比 CCD 復雜，其感光開口不及CCD大， 相對比較相同尺寸的CCD與CMOS感光器時，CCD感光器的分辨率通常會優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經可達到1400萬 畫素 / 全片幅的設計，CMOS 技術在量率上的優(yōu)勢可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅 24mm-by-36mm 這樣的大小。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-噪聲差異噪聲差異 CMOS每個感光二極管旁都搭配一個 ADC 放大器，如果以百萬畫素計，那么就需要百萬個以上的 AD

31、C 放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產品，但是每個放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達到放大同步的效果，對比單一個放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪聲就比較多。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-成本差異成本差異 CMOS 應用半導體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設施于單芯片中，節(jié)省加工芯片所需負擔的成本 和良率的損失；相對地 CCD 采用電荷傳遞的方式輸出信息，必須另辟傳輸信道，如果信道中有一個畫素故障（Fail），就會導致一整排的 訊號壅塞，無法傳遞，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加 ADC 等周邊，CCD的制造成本相對高于CMO

32、S。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-耗電量差異耗電量差異 CMOS的影像電荷驅動方式為主動式，感光二極管所產生的電荷會直接由旁邊的晶體管做放大輸出；但CCD卻為被動式， 必須外加電壓讓每個畫素中的電荷移動至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特（V）以上的水平，因此 CCD 還必須要有更精密的電源線路設計和耐壓強度，高驅動電壓使 CCD 的電量遠高于CMOS。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD和CMOS差異分析-其它差異其它差異 IPA（Indiviual Pixel Addressing）常被使用在數字變焦放大之中，CMOS 必須仰賴 x,y 畫面定位放大處

33、理，否則由于個別畫素放大器之誤差，容易產生畫面不平整的問題。制造機具上，CCD 必須特別訂制的機臺才能制造，也因此生產高畫素的 CCD 組件產生不出日本和美國，CMOS 的生產一般內存/處理器機臺即可擔負。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)問 答 篇未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)什么是最低照度？ 最低照度是測量攝像機感光度的一種方法，換句話說，攝像機能在多黑的條件下看到可用的影像。但是因爲沒有管理的國際標準，因此每個大型CCD制造商都有自己測量CCD感光度的方法。然而一個標注為（1Lux，F10）的攝像機能和標注為（0.01Lux，F10）的攝像機完全一樣！奇怪嗎？爲什麼呢？ 未經許可，不得隨意拷貝

34、和轉發(fā)決定CCD最低照度的參數 F停止 (用來測試攝像機用的鏡頭F停止，F1.4的鏡頭比F2.0的鏡頭能采集2倍的光線，換句話講，F1.0的鏡頭比F10的鏡頭能多采集100倍的光線 ) 色溫 (光源的色溫，也就是光譜內容，一個有600納米波長的光源將比波長為900納米波長的光源多產生10倍的電子 ) IRE (視頻振幅的IRE等級，視頻輸出最大振幅一般設置在100IRE或者700毫伏 ) 反射率 (目標的反射率和背景，一個有100%反射率的目標平面上能產生比只有1%反射率的目標高出100倍的光線。 ) 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD的漏光排斥比的物理含義是什么？ 由于CCD傳感器的缺陷，進

35、入CCD傳感器的強光 將會穿透抵抗層產生過度的影像， CCD攝像機抵抗強光的能力稱為漏光排斥比 拖光影像 無拖光影像 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)彩色CCD漏光排斥計算 漏光排斥比的方程式 S= 20 x log (Ys / 200mV x 1/500 x 1/10) S = 漏光排斥比dBYs = 電子快門關閉時強光產生的視頻200mV = 標準目標和背景使用孔徑設置為F5.6的鏡頭產生的視頻500 = 比普通情況強出500倍的強光來產生拖光影像10 = 以普通影響1/10伏特測量拖光影像 例如如果在以上測試環(huán)境下測量到200毫伏的拖光影像，則S等于 S= 20 log (200mV/200

36、mV x 1/500 x 1/10) = 20 log (1/5000) =20 (-3.5) =70 dB 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)什么是超級CCD？ 傳統(tǒng)彩色CCD感光單元及濾色鏡的排列是方形的，以G-R-G-B型CCD為例，可以簡單的理解為4個感光單元的中心點構成一個“像素點”，這樣，每個感光單元的光值都是復用的，使用了4次（邊緣部位除外），每4個感光單元計算出4個像素。在超級CCD上，感光單元的排列是交叉的，即每三個感光單元的中心構成一個“像素點”。這種計算方法，每個感光單元的光值復用了6次，感光單元又只有3類，所以，雖然感光單元沒有增加，產生的像素數卻多了一倍。應該說，這種計算方

37、法，是相當科學的，并沒有故弄玄虛，但由于光值仍然是復用的，說它因排列方式的改變而比傳統(tǒng)CCD提高了成像銳度是沒有根據的。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)什么是插值像素？它能代表CCD實際像素嗎？ “插值”最初是電腦的術語，后來引用到數碼圖像上來。圖像放大時，像素也相應地增加，但這些增加的像素從何而來？“插值”程序會自動選擇信息較好的像素作為增加的像素，而并非只使用臨近的像素，所以在放大圖像時，圖像看上去會比較平滑、干凈但必須注意的是插值并不能增加圖像信息。例如：一張照片中，人因為距離比較遠，在照片上只有一個白點，但當圖像插值放大時，這個人還是白點，只是比以前稍微大了些。未經許可，不得隨意拷貝和轉

38、發(fā)關于CCD逐行掃描與隔行掃描的區(qū)別？ 隔行、逐行只是數據處理方式的不同； 隔行技術源于早期電視技術，是先提取奇數行的數據形成圖像輪廓，再用偶數行數據補充，因那時的技術限制，數據處理速度跟不上，就采取隔行方式，用于連續(xù)圖像，可以先把畫面輪廓送到觀眾面前。 由于不是連續(xù)掃描，若成像過程中被攝體移動，就會出現錯位。如果數據采集速度慢，逐行掃描的CCD拍攝動體也會出現扭曲，反之，如果數據采集速度足夠快，隔行掃描也沒有什么問題 盡管從技術層面來講逐行掃描CCD是好一些，但從日本的相關資料了解到，由于同樣大小CCD像素的不斷增加，CCD中傳送信號的通路無法適應逐行掃描得到的一次性的大量的數據，會造成圖象

39、處理速度的下降。因此在高像素的攝像機中隔行掃描的技術的應用越來越多。至于隔行掃描會造成的錯位問題，已經得到了解決，解決的辦法是利用機械快門的運動?？紤]到其它因素對成像的影響遠大于此。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)CCD的壞點和噪點有什么區(qū)別？ 成像元件（CCD或CMOS，目前一般指CCD）一般有數百萬個感光單元，如果其中某個感光單元損壞，不能成像，即成為壞點-Dead Pixel。數碼攝影和傳統(tǒng)相機不同，傳統(tǒng)相機拍攝時很少因電子零件產生的雜訊干擾影響拍攝品質。但是數碼攝影的雜訊產生環(huán)境就復雜多了，從操作過程中機體升溫效應，CCD上的殘留能量以致于機身零件本身，甚至來自外界的電磁波干擾都有可能會在畫面上形成雜色的斑點，此為噪點-hot pixel。 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)新 技 術 展 望 篇未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)富士發(fā)表第三代富士發(fā)表第三代 Super CCD 2002年元月三十日年元月三十日，富士發(fā)表第三代富士發(fā)表第三代 Super CCD 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)美國美國 Foveon 公司發(fā)表多層感色公司發(fā)表多層感色 CCD技術技術 2002年二月十一日年二月十一日-美國美國 Foveon 公司發(fā)表公司發(fā)表多層感色多層感色 CCD技術技術 未經許可，不得隨意拷貝和轉發(fā)富士發(fā)