CCD是什么？CCD圖像傳感器又是什么？

2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予了美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯，因?yàn)樗麄冮_啟了CCD圖像傳感器的大門，徹底革新了傳統(tǒng)的攝影技術(shù)，給數(shù)碼照相機(jī)安裝了電子眼，讓我們從此告別膠片成像的時(shí)代，進(jìn)入了另一番五彩繽紛的世界。

那么何謂CCD，它又是怎樣實(shí)現(xiàn)圖像傳感功能的呢?CCD即電荷藕合器(Charge Coupled Device)，它是一種大規(guī)模金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)集成電路光電器件，其基本單元是MOS光敏元。成千上萬個(gè)MOS光敏元相互獨(dú)立的分布在半導(dǎo)體硅片上，每一個(gè)MOS光敏元構(gòu)成一個(gè)像素。當(dāng)光照射在硅片上時(shí)，在光子的作用下，半導(dǎo)體硅產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，光生電子就被附近的勢阱所吸收，而空穴被排斥出耗盡區(qū)。由于勢阱內(nèi)所吸收的光生電子數(shù)量與入射到該勢阱附近的光強(qiáng)成正比，因此，當(dāng)明暗起伏的光線照射在這些光敏元上時(shí)，光敏元就將光強(qiáng)的空間分布轉(zhuǎn)換為與光強(qiáng)成正比的、大小不等的電荷包的空間分布，即感生出一幅與光照強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的“光生電荷圖像”。由于CCD電荷耦合器件直接產(chǎn)生的是電荷信號(hào)而不是電壓、電流信號(hào)，因此還需要利用移位寄存器將光生電荷圖像轉(zhuǎn)移出來，在輸出電路的作用下，生成幅度與光生電荷包成正比的電脈沖序列，從而將照射在CCD上的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號(hào)圖像，實(shí)現(xiàn)了CCD圖像傳感的功能。

根據(jù)結(jié)構(gòu)形式的不同，CCD圖像傳感器可以分為單溝道CCD、雙溝道CCD、幀轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD、行間轉(zhuǎn)移結(jié)構(gòu)CCD等;根據(jù)光敏元件排列形式的不同，CCD圖像傳感器又可以分為線型CCD和面型CCD兩種。其中，線型CCD圖像傳感器主要用于測試、傳真和光學(xué)文字識(shí)別技術(shù)等方面。面型CCD圖像傳感器主要用于圖像的傳感，如固體攝像器件、圖像存儲(chǔ)和圖像處理等。

與其他攝像器件相比CCD不僅具有壽命長、集成度高、體積小、重量輕、靈敏度和分辨率高等特點(diǎn)，也具有功耗小、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、抗震性和抗沖擊性好等優(yōu)勢，因此其應(yīng)用前景十分廣闊。而且，CCD圖像傳感器在傳真通訊系統(tǒng)、光學(xué)字符識(shí)別、零件尺寸的自動(dòng)測量、醫(yī)學(xué)標(biāo)本分析與檢測、交通監(jiān)控等民用領(lǐng)域及空間遙感遙測、水下掃描攝像、圖像跟蹤制導(dǎo)等軍事領(lǐng)域中也都發(fā)揮著重要作用。

CCD圖像傳感器自1969年問世以來，發(fā)展十分迅速，制造技術(shù)已經(jīng)成熟并已實(shí)現(xiàn)了商品化，器件從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前的幾百萬甚至上千萬像素。特別是在以數(shù)字信息發(fā)展為主題的今天，科技的發(fā)展帶動(dòng)人民生活水平的提高，基于CCD圖像傳感器的數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)等產(chǎn)品也越來越受人們的歡迎，相信在不久的將來CCD圖像傳感器又將帶給我們一個(gè)別樣的人生。