CCD是60年代末期由貝爾試驗(yàn)室發(fā)明。開(kāi)始作為一種新型的PC存儲(chǔ)電路,很快CCD具有許多其他潛在的應(yīng)用,包括信號(hào)和圖像(硅的光敏性)處理。

CCD 是在薄的硅晶片上處理一系列不同的功能,在每一個(gè)硅晶片上分布幾個(gè)相同的IC等可產(chǎn)生功能的元件,被選擇的IC從硅晶片上切下包裝在載體里用在系統(tǒng)上??偨Y(jié)下來(lái),CCD主要有以下幾種類(lèi)型:
機(jī)器視覺(jué)CCD工業(yè)相機(jī)的分類(lèi)-機(jī)器視覺(jué)_視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備_3D視覺(jué)_缺陷檢測(cè)
一、面陣CCD:

允許拍攝者在任何快門(mén)速度下一次曝光拍攝移動(dòng)物體。

二、線陣CCD:

用一排像素掃描過(guò)圖片,做三次曝光——分別對(duì)應(yīng)于紅、綠、藍(lán) 三色濾鏡,正如名稱(chēng)所表示的,線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應(yīng)用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像,線性陣列,處理高分辨率的圖像時(shí),受局限于非移動(dòng)的連續(xù)光照的物體。

三、三線傳感器CCD:

在三線傳感器中,三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡,當(dāng)捕捉彩色圖片時(shí),完整的彩色圖片由多排的像素來(lái)組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機(jī),以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。

四、交織傳輸CCD:

這種傳感器利用單獨(dú)的陣列攝取圖像和電量轉(zhuǎn)化,允許在拍攝下一圖像時(shí)在讀取當(dāng)前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和拍攝動(dòng)畫(huà)的廣播拍攝機(jī)。

五、全幅面CCD:

此種CCD具有更多電量處理能力,更好動(dòng)態(tài)范圍,低噪音和傳輸光學(xué)分辨率,全幅面CCD允許即時(shí)拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點(diǎn)寄存器、串行浮點(diǎn)寄存器和信號(hào)輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機(jī)械快門(mén)或閘門(mén)控制去保存圖像,并行寄存器用于測(cè)光和讀取測(cè)光值。圖像投攝到作投影幕的并行陣列上。此元件接收?qǐng)D像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會(huì)由并行寄存器流向串行寄存器。此過(guò)程反復(fù)執(zhí)行,直到所有的信息傳輸完畢。接著,系統(tǒng)進(jìn)行精確的圖像重組。
機(jī)器視覺(jué)CCD工業(yè)相機(jī)的分類(lèi)-機(jī)器視覺(jué)_視覺(jué)檢測(cè)設(shè)備_3D視覺(jué)_缺陷檢測(cè)

相機(jī)曝光的整個(gè)流程:

1. 機(jī)械快門(mén)打開(kāi),CCD曝光
2. 在CCD內(nèi)部光信號(hào)轉(zhuǎn)為電信號(hào)
3. 快門(mén)關(guān)閉,阻塞光線。
4. 電量傳送到CCD輸出口轉(zhuǎn)化為信號(hào)。
5. 信號(hào)被數(shù)字化,數(shù)字資料輸入內(nèi)存。
6. 圖像資料被進(jìn)行處理,顯示在LCD或電腦上。

面陣數(shù)碼相機(jī)如何解決彩色圖像的曝光?

1.三塊CCD同時(shí)曝光的方法

這種方法是采取了三塊CCD芯片同時(shí)曝光的方法,它可以在一次曝光拍攝的同時(shí),捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過(guò)鏡頭射向CCD表面的時(shí)候,由一個(gè)特制的棱鏡式分光鏡,將影像的成像光速成分射到三個(gè)不同的CCD平面。每一個(gè)CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息,并且只再現(xiàn)一種色彩,然后通過(guò)軟件的對(duì)準(zhǔn)處理,合成為一幅完整的全彩色畫(huà)面。

由于人類(lèi)的眼睛對(duì)于光譜綠色波段的光色*為敏感,有些數(shù)碼相機(jī)在安排濾色片的時(shí)候使用兩排綠濾色片來(lái)記錄綠光信息,而使用第三排紅色和藍(lán)色的馬賽克濾色片來(lái)分別記錄紅光和藍(lán)光的信息。由于紅色和藍(lán)色信息存在間隙,這里需要由計(jì)算機(jī)采取的插值計(jì)算方法來(lái)增加附加它的彩色信息。

2、單一芯片三次曝光的拍攝方式

面陣排列數(shù)碼相機(jī)捕捉彩色信息的第二種方法是“單一芯片三次曝光的拍攝方式”。采取這樣的方法時(shí),數(shù)碼相機(jī)鏡頭的前方需要安裝一個(gè)濾色片轉(zhuǎn)輪,拍照時(shí)必須通過(guò)轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍(lán)三塊濾色片,分別做三次單獨(dú)的曝光,分別記錄下紅綠藍(lán)光的彩色信息。然后照相機(jī)的軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起,構(gòu)成為全彩色的影像。

使用這樣的方法時(shí),由于是用三次曝光來(lái)記錄彩色信息,顯然,攝影者使用這樣一臺(tái)面陣的數(shù)碼相機(jī),就只能局限于拍攝靜態(tài)物體。此外,由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異,很可能產(chǎn)生數(shù)碼相機(jī)的軟件不能適當(dāng)重新組合影像的問(wèn)題。特別是曝光過(guò)程中,光源發(fā)生的波動(dòng)也都會(huì)改變影像的彩色平衡。三次曝光的數(shù)碼相機(jī)可以用來(lái)拍攝動(dòng)態(tài)的單色影像(包括黑白照片),這是因?yàn)樵跒V色片轉(zhuǎn)輪上,除了三塊紅綠藍(lán)濾色之外,還有一塊透明的濾色片,它是用來(lái)黑白影像做單次曝光拍攝時(shí)使用的。由于只需要一次曝光,因而它可以拍攝動(dòng)態(tài)物體。

3、單芯片一次曝光的拍攝方式

第三種方式是“單芯片一次曝光的拍攝方式”。在這一方式中,每一單個(gè)的像素都以?xún)煞N方式覆蓋著不同的紅,綠,藍(lán)色濾色片,一種是條紋覆蓋法,另一種是馬賽馬克圖案交錯(cuò)覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片,這是因?yàn)樾枰ミm應(yīng)人眼視覺(jué)在可見(jiàn)光譜中對(duì)綠色更為敏感的特點(diǎn)。這樣,較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。

每一個(gè)感光的像素只能捕獲一種彩色,它需要從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息,這是采取插值的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)的。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中,那么插值的效果也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得最為明顯,比如黑色的文字,常常會(huì)出現(xiàn)彩色的鑲邊。

CCD在圖像運(yùn)作的三大角色:

1. 曝光,通過(guò)離散的像素將光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)。
當(dāng)入射光以光子的形式落在像素陣列上時(shí),就獲得一個(gè)圖像。每一個(gè)光子相對(duì)應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)(電子-孔)電量組,每一個(gè)像素所能收集到的電子數(shù),線性地取決于光亮的程度和曝光的時(shí)間,非線性的取決于波長(zhǎng)。

2. 電量轉(zhuǎn)移,在CCD內(nèi)部進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移。
一旦電量被集中并保持在像素的結(jié)構(gòu)中,就一定會(huì)使在物理上與像素分離的偵測(cè)放大器得到電量,當(dāng)一個(gè)像素的電量移動(dòng)時(shí),同時(shí)相對(duì)應(yīng)的像素的電量都會(huì)移動(dòng)。電量對(duì)電壓的轉(zhuǎn)換并輸出放大。

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