创想智控：CCD工业相机实现光电转换的原理

按照芯片类型可以将工业相机分为CCD相机和CMOS相机。目前用于数字图像处理较普遍的CCD相机一般由两部分组成：图像获取单元和图像输出单元。

在图像获取中，与显像管比较，CCD芯片由独立的光敏元件构成，每一个光敏元件表示一个像素，因此能够传输二维的离散图像。而且体积、重量都比较小，具有高动态、高线性，对机械、磁场、光影响不敏感。并且由于市场的大量生产，CCD相机也相对便宜一些。CCD的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。

那么CCD是怎样实现光电转换的呢？在半导体物理中用“势阱”的概念描述用来收集光激发电荷的积分区域，其中单个像素所能存储的最大光电荷量（不向其邻近像素溢出），也称为“满阱容量”。CCD的光敏单元收集光子与产生的电子数目有良好的线性关系，通常来说，2个光子产生一个电子，在输出单元50000个电子产生一个1伏的视频信号，增益为1：1。

由于热效应产生附加的光子，即暗电流，就会产生不期望的噪声。因此采用CCD芯片这种非稳态结构不用照明，普通的CCD即使在室温的条件下一分钟内就可完全充满电子，而且大约温度每增加7摄氏度,暗电流就会加倍，这就是说芯片的温度升高，噪声就会急剧增加。因此，为了控制暗电流，控制一个比较短的曝光时间非常重要。

控制曝光时间的方法是利用机械快门，而如今CCD芯片多采用电子曝光控制，即电子快门。在手工操作模式，用户通常可以选择比如1/50、1/100、1/500秒的一些离散的快门速度（积分时间）；而在自动电子快门模式快门速度能够根据入射光的强度自动调整。如果光的强度太弱，则可以通过长积分时间模式或控制增益的方式来增强弱的CCD信号。

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