什么是CCD传感器？工作原理是？类型有哪些？

1.CCD传感器

CCD(Charge-coupled Device)传感器又叫作电荷耦合器件图像传感器，该传感器是最早由美国科学家在20世纪70年代提出的概念，它是一种特殊的传感器，绝大多数传感器最后的输出结果是以电压信号或电流信号呈现，而CCD传感器输出的结果是电荷信号，这就是它的特殊之处。CCD传感器的特点是像素集成度高、体积小、功耗小、灵敏度高、性能稳定、抗冲击等，目前已经被广泛应用在非接触测量和图像识别等领域。

2.CCD传感器工作原理

CCD传感器的工作实际上就是电荷运动的过程，主要包括电荷的产生、存储、转移和检测，其中最主要的就是电荷的存储和转移这两个过程。MOS电容器或者光电二极管是CCD传感器的基本组成单元，其基本构成单元包含了传感器的所有功能。

当电容器两端加上正向偏置电压时，因空穴载流子带正电，正电荷会对其发生排斥，其会被排斥到半导体区域之外，会产生一处带大量负电荷的空间，该区域被为耗尽区，因具有电场强度梯度，可以收集电荷，所以也称势阱。在工作时，当CCD接收到光信号，MOS电容器的势阱中便会流入光子，电子所在的区域因吸收了光子的能量变得灵活，可以让电场进一步吸引电子，另外排斥空穴，从而实现光子到电子电荷的转换。通常情况下，入射光子的数量与势阱中收集到电荷数量呈线性关系，因而可以光子的数据可以通过对电荷的数量的检测来算出。

3.CCD传感器类型

(1)线阵CCD

线阵CCD：用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝 三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。

(2)面阵CCD

面阵CCD的结构一般有3种。第一种是帧转性CCD。它由上、下两部分组成，上半部分是集中了像素的光敏区域，下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域。其优点是结构较简单并容易增加像素数，缺点是CCD尺寸较大，易产生垂直拖影。第二种是行间转移性CCD。它是CCD的主流产品，它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上，其特点是在1个单片上，价格低，并容易获得良好的摄影特性。第三种是帧行间转移性CCD。它是第一种和第二种的复合型，结构复杂，但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点。

(3)三线传感器CCD

三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时,完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。

交织传输CCD：这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。

(4)全幅面CCD

全幅面CCD：此种CCD具有更多电量处理能力,更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行,直到所有的信息传输完毕。接着，系统进行精确的图像重组。

目前广泛应用的CCD传感器主要有两大类，即线阵CCD传感器和面阵CCD传感器。

以上梳理了CCD传感器的定义、类型及工作原理，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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