CCD相机的工作原理及性能

秋水伊人

作为机器视觉系统的重要组成部分之一，工业相机的分类也是多样的，其按照传感器类型可以分为CCD相机、CMOS相机。
     CCD（charge couple device）即电荷耦合器件由美国贝尔实验室Boyle和Smith发明，是一种大规模集成电路工艺制作的半导体光电元件，它在半导体硅片上制有成千上万个光敏元，产生与照在它上面的光强成正比的电荷。
     CCD基本构成单元是MOS电容器，它以电荷为信号，通过对金属电极施加时钟脉冲信号，在半导体内部形成储存载流子的势阱。当光或电注入时，将代表信号的载流子引入势阱，再利用时钟脉冲的规律变化，使电极下的势阱作相应变化，就可以使代表输入信号的载流子在半导体表面作定向运动，再通过对电荷的收集、放大，把信号取出。现今新型的CCD产品主要有底插式和侧装式两种，其工作原理基本相同。
     随着科技的进步和应用领域的不断更新，CCD相机在自动化工业检测及高校的教学和科研中发挥着举足轻重的作用。CCD相机具有强大的自扫描功能，图像清晰度好，可以随时捕捉图像，支持多重合并像素模式，创新的读出技术能够充分降低噪音，达到一个更高的灵敏度和转化效果，使得图像具有极高的信噪比，在医学领域得到非常广泛的应用。与传统摄像机比较，CCD相机具有体积小、可靠性高、灵敏度高、抗强光、抗震动、抗磁场、畸变小、寿命长、图像清晰、操作简便等优点。
     CCD相机具有稳定的PELTIER制冷系统，真空室与透射电镜的真空系统隔离，光纤耦合具有单个电子灵敏抗临近信号干扰的功能。此外CCD相机具有强大的视频图像记录器软件功能和工作语言界面，使研究人员在观察到超微结构后，实验结果可以直接用U盘带走，省去了繁琐的暗室显影、定影、冲洗底片和照片上光等步骤，提高了实验的工作效率和图片的清晰质量，克服了人为操作时安全灯、水温、试剂浓度等因素的影响。
     随着CCD技术的发展进步，CCD工业相机逐渐呈现出集成化、智能化、数字化的发展趋势。近几年来高分辨率工业相机使用范围越来越广，在视频会议、纺织印染、高精度电子制造、生物医学等领域都有涉足。
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