什么是CCD及其成像原理

CCD(Charge Coupled Device)，即“電荷耦合器件”，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個(gè)鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個(gè)“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，一個(gè)信號處理器以及一個(gè)存儲設(shè)備(比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。

CCD成像的過程是這樣的：CCD表面被覆的硅半導(dǎo)體光敏元件捕獲光子后產(chǎn)生光生電子，這些電子先被積蓄在CCD下方的絕緣層中，然后由控制電路以串行的方式導(dǎo)出到模數(shù)電路中，再經(jīng)過DSP等成像電路形成圖像。fast scan 和slow scan最大的區(qū)別就在于光生電子導(dǎo)出的速度和電路系統(tǒng)上不同。fast scan 導(dǎo)出電子的頻率非常快，以便能達(dá)到視頻級的刷新率，但這將導(dǎo)致電子丟失、噪聲增多、光生電子清空不徹底；而slow scan 則相反，它的電路設(shè)計(jì)重在對光生電子積蓄的保護(hù)上，導(dǎo)出的頻率不高，但保證傳出過程中電子丟失和損耗降到極小，它的模數(shù)轉(zhuǎn)換器動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度極高，保證了信號轉(zhuǎn)換過程不失真，同時(shí)為了減低熱效應(yīng)產(chǎn)生的噪聲，一般使用Cooling 系統(tǒng)降溫。

看了上面的解釋我們可以知道專業(yè)級的科研用攝像頭為什么那么貴了，從CCD感光層的材料和面積開始、到光生電子的積蓄、到電子的導(dǎo)出電路、傳輸電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、圖像顯示電路、Cooling電路，每一步專業(yè)級科研攝像頭的工藝都和民用級的不同，成本都在幾十倍到幾百倍以上。目的只有一個(gè)，專業(yè)級攝像頭能盡可能完整的采集到所有的光信號。一般來說，民用級攝像頭或數(shù)碼相機(jī)只能反映50%以下的光信號。