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    CCD相机的成像原理

    发布时间: 2022-05-21 浏览次数: 22

    CCD它是一种能将光学图像转化为电信号的半导体器件。它是贝尔实验室的维拉·波义耳和乔治·史密斯于1969年发明。

    CCD光学信号可模数转换,可以直接将光学信号转换为模拟电流信号,实现图像的获取、存储、传输、处理和再现。它具有体积小、重量轻、功耗小、灵敏度高、响应速度快等特点。CCD广泛应用于数码摄影、天文、光学遥测、光学和频谱望远镜、高速摄影等领域。

    1、用DC拍摄景物时,景物反射的光线通过DC镜头透射CCD上。


    2、当CCD曝光后,光电二极管受光线刺激释放电荷,从而产生感光元件的电信号。

    3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线控制光电二极管产生的电流,由电流传输电路输出,CCD收集一次成像产生的电信号,统一输出到放大器。

    4、放大和过滤后的电信号被发送到A/D,由A/D将电信号(此时为模拟信号)转换为数字信号,与电信号的强度成正比。这些值实际上是图像数据。

    5、然而,仅仅依靠第四步获得的图像数据不能直接生成图像,输出到数字信号处理器(DSP)。在DSP在这些图像数据中,颜色校正和白平衡处理(视用户而定DC后期处理,编码为DC图像格式、分辨率等数据格式,然后存储为图像文件。

    6、较后,将图像文件写入存储器(内置或外部存储器)。

    由于DC采集原理只能是亮或暗,部分细节会在暗或亮的光线下丢失(这种现象叫限幅),有时很难纠正。DC使用单调光、闪光等光源拍照时,效果较好,但在色彩较多、光线复杂的情况下,效果与传统相机相差较大。

    因此,非专业DC一般不能用于制作大幅图像。但由于图像以数字形式存储,可以与各种设备传输信息,图像质量在传输过程中不会损失。


    *层“微型镜头”

    众所周知,数码相机成像的关键在于其感光层,以扩展CCD采光率必须扩大单像素的受光面积。然而,提高采光率的方法也很容易降低图像质量。这层微镜头相当于在感光层前添加一副眼镜。因此,感光面积不再由传感器的开口面积决定,而是由微镜头的表面积决定。

    第二层是分色滤色片

    CCD第二层是分色滤色片RGB原色分色法,另一个则是CMYK这两种补色方法各有优缺点。首先,让我们先了解一下两种分色方法的概念,RGB即三原色分色法,几乎所有人类眼镜都能识别的颜色都可以由红、绿、蓝组成,而RGB三个字母分别是Red,Green和Blue,这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成的。CMYK,这是由四个通道的颜色组成的,它们是绿色的(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业,CMYK它更适用,但调整的颜色不如RGB的多。原色CCD优点是画质锐利,色彩真实,但缺点是噪音问题。因此,我们可以注意原色CCD数码相机,在ISO感光度上多半不会超过400。相对的,补色CCD多了一个Y黄色滤色器在颜色分辨上比较仔细,但牺牲了一些图像的分辨率,而在ISO值上,补色CCD能容忍较高的感光度,一般可设定在800以上

    第三层:感光层

    CCD第三层是感光片

    传统相机胶卷尺寸为35mm,35mm对角长度,35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。转换为数码相机,对角长度接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。在单反数码相机中,很多都拥有接近35mm的CCD/CMOS比如尼康德D100,CCD/CMOS达到尺寸面积23.7 x 15.6,比消费级数码相机大很多,佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36 x 24mm,达到了35mm因此,成像也比较好。

    目前市场上的消费级数码相机主要有2/3英寸和1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。

    CCD/CMOS感光面积越大,成像效果越好。

    1/1.8300万像素相机通常比1/英寸好2.7400万像素相机(后者的光敏面积只有前者的55%)。相同尺寸的CCD/CMOS当然,增加像素是一件好事,但它也会缩小单个像素的感光面积,并可能导致曝光不足。但如果在增加CCD/CMOS为了保持现有的图像质量,必须在至少保持单个像素面积不减小的基础上增加像素CCD/CMOS总面积。目前尺寸较大。CCD/CMOS加工制造难度大,成本高。CCD/CMOS大型数码相机的价格也很高。传感器的大小直接影响数码相机的体积和重量。超薄超轻数码相机一般CCD/CMOS尺寸越小,数码相机越专业,CCD/CMOS尺寸越大。

    鉴于许多网友询问 CCD 与 CMOS 的主要区别。我们暂时抛开复杂的技术文本,通过简单的比较来看待这两种不同类型的图像感光元件。无论如何CCD 或 CMOS,基本上,两者都使用硅感光二极体(photodiode)进行光和电的转换。这种转换的原理类似于太阳能电子计算机的太阳能电池效应。光线越强,功率越强;相反,光线越弱,功率越弱,光图像转换为电子数字信号。CCD 和 CMOS 的结构,ADC位置和数量是较大的区别。简单来说,按照我们上面说的CCD 感光元件的工作原理(上)。CCD每次曝光,快门关闭后进行像素转移处理,每行每个像素(pixel)按顺序将电荷信号传输到缓冲器CCD 旁边的放大器放大,然后串联 ADC 输出;相对地,CMOS 在设计中,每个像素直接连接到 ADC(放大和类比数字信号转换器),信号直接放大并转换为数字信号。

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