CCD圖像傳感主要的應(yīng)用有哪些？

CCD圖像傳感器是機器視覺的重要組成部分，是最為核心的部件。CCD圖像傳感器采用的是一種高感光度的半導體材料，通過光線的照射可以產(chǎn)生電荷信號，進一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使其具備了獲取、存儲、編輯、傳輸?shù)鹊囊惑w式功能。一直以來，CCD因具有體積小、功耗小、靈敏度高、信噪比高、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點，所以在天文、交通、醫(yī)療等眾多工業(yè)科學領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

成像方面的優(yōu)勢，是促進其市場不斷發(fā)展的第一誘因。那么除去CCD圖像傳感器成像方面的優(yōu)勢，還有沒有什么優(yōu)勢一直在推動CCD的發(fā)展呢?我們上面提到了CCD的性能特點，不難看出性能的優(yōu)勢也是吸引客戶的一大賣點。體積小、重量輕，可裝置在各種機器設(shè)施上，例如人造衛(wèi)星或各式導航。像素高，像素由初期的10多萬發(fā)展到如今的400～500萬像素。高敏感度，有效控制噪聲干擾，提高了信噪比，具有高敏感度。其他的還有動態(tài)范圍廣、線性特性曲線良好、低秏電力、電荷傳輸效率佳、不易老化等等性能優(yōu)勢。，而這些優(yōu)勢都是CCD得以廣泛應(yīng)用的原因。知道了原因，我們接下來看具體都有哪些應(yīng)用呢?

CCD 器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進展 特別是在圖像傳感和非接觸測量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。隨著CCD 技術(shù)和理論的不斷發(fā)展 CCD 技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越來越大。CCD 是使用一種高感光度的半導體材料集成，它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相應(yīng)的電荷信號 在通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成 “0”或“1”的數(shù)字信號 這種數(shù)字信號經(jīng)過壓縮和程 排列后 可由閃速存儲器或硬盤卡保存即收光信號轉(zhuǎn)換成計算機能識別的電子圖像信號，可對被側(cè)物體進行準確的測量、分析。

含格狀排列像素的CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機、光學掃瞄儀與攝影機的感光元件。其光效率可達70%(能捕捉到70%的入射光)優(yōu)于傳統(tǒng)菲林(底片)的2%因此CCD迅速獲得天文學家的大量采用。

傳真機所用的線性CCD影像經(jīng)透鏡成像于電容陣列表面后依其亮度的強弱在個電容單位上形成強弱不等的電荷。傳真機或掃瞄儀用的線性CCD次捕捉一細長條的光影而數(shù)碼相機或攝影機所用的平面式CCD則一次捕捉一整張影像或從中擷取一塊方形的區(qū)域。一旦完成曝光的動作控制電路會使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一個單元到達邊緣最后一個單元時電荷訊號傳入放大器轉(zhuǎn)變成電位。如此周著復始直到整個影像都轉(zhuǎn)成電位取樣并數(shù)位化之后存入內(nèi)存。儲存的影像可以傳送到打印機、儲存設(shè)備或顯示器。

在數(shù)碼相機領(lǐng)域 CCD 的應(yīng)用更是異彩紛呈。一般的彩色數(shù)碼相機是將拜爾濾鏡(Bayer filter )加裝在 CCD 上。 四個像素形成一個單元，一個負責過濾紅色、一個過濾藍色 兩個過濾綠色(因為人眼對綠色比較敏感)。結(jié)果每個像素都接收到感光訊號，但色彩分辨率不如感光分辨率。

用三片 CCD 和分光棱鏡組成的 3CCD 系統(tǒng)能將顏色分得更好，分光棱鏡能把入射光分析成紅、藍、綠三種色光，由三片CCD 各自負責其中一種色光的呈像。所有的專業(yè)級數(shù)位攝影機 和一部份的半專業(yè)級數(shù)位攝影機采用 3CCD 技術(shù)。目前 超高分辨率的 CCD 芯片 相當昂貴 配備 3CCD 的高解析靜態(tài)照相機，其價位往往超出許多專業(yè)攝攝影者的預算。因此有些高檔相機使用旋轉(zhuǎn)式色彩濾鏡 兼顧高分辨率與忠實的色彩呈現(xiàn)。這類多次成像的照相機只能用于拍攝靜態(tài)物 。

經(jīng)冷凍的 CCD 同時在 1990 年代初亦廣泛應(yīng)用于天文攝影與各種夜視裝置 而各大型天文臺亦不斷研發(fā)高像數(shù)CCD 以拍攝極高解像之天體照片。

CCD 在天文學方面有一種奇妙的應(yīng)用方式，能使固定式的望遠鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠鏡的功能。方法是讓CCD 上電荷讀取和移動的方向與天體運行方向一致 速度也同步，以CCD 導星不僅能使望遠鏡有效糾正追蹤誤差 還能使望遠鏡記錄到比原來更大的視場。