CCD复习资料汇总(最终版精简)word版

1CCD 复习知识点汇总最近修改时间：2017 年 10 月课程：CCD 原理与应用考试：5 大题：单项选择题 15 道（3） ，简单题（2.5） ，分析题 I（1.5） ，分析题 II（2） ，综合题（1）一1. CCD 定义CCD 是英文 Charge Coupled Devices 的缩写,译作“电荷耦合器件”是以电荷包的形式存储和传递信息的半导体表面器件。CCD 由哪几部分组成？CCD 是由规则排列的金属氧化物半导体（Metal Oxide Semiconductor,MOS）电容阵列组成。主体部分：信号电荷转移部分（MOS 电容器构成动态移位寄存器）用于存储传输电荷。输入部分：对信号电荷的采样（电注入或光注入）将信号电荷导引到转移栅下面的势阱中。输出部分：将 CCD 最后一个转移栅下的势阱信号电荷引出，并检出电荷所输运的信息。2. CCD 的发明时间与地点发明：1969 年秋，由美国贝尔实验室提出(W.S 博伊尔、G.E 史密斯)。1970 年 3 月的电子工程师协会（IEEE)国际会议上首次发表。3、 CCD 的工作过程分 4 步：信号输入、电荷存储、电荷转移、信号输出。 4. CCD 的应用分三个方面：图像传感、信号处理和数字存储。5.应用：数字摄像机 、X 射线拍照、遥感、制导，微光夜视、内窥镜，显微镜 TV 电话、车辆后视、传真机、扫描仪，数字照相机二1. 表面势、势阱的概念, CCD 的基本构成单元构成 CCD 的基本单元是 MOS（金属氧化物半导体）结构。势阱：表征 MOS 电容存储电荷的能力。表面势：半导体与绝缘体界面上的电势 s 2. 电荷耦合过程及其概念，电极的作用电荷耦合就是电荷转移。 电荷耦合：移位寄存器中电荷在外加栅压有序的变化下，从一个电极的势阱向下一个电极下的势阱转移的现象。 基本结构应包括：转移电极结构、转移沟道结构、信号输入结构和信号检测结构。 电极的作用：在驱动信号作用下使电荷定向转移，相邻势阱耦合。3. CCD 输出信号特点？*重点 单沟道线阵 CCD 双沟道线阵 CCD每个象素的输出信号浮置在一个正的直流电压上(如：5V),信号电平在几十几百 mV 变化，呈单极性负向变化。输出信号随时间轴按离散形式出现，每个电荷对应一个象元，中间由复位电平隔离（信号包含复位脉冲干扰） 。2将空间分布光学图像变换为按时间分布的离散电压信号。4. 光注入型：用于图象传感电注入型：用于信号存储和处理光注入时间 tc由 CCD 驱动器的转移脉冲的周期决定 5. ICCD 工作过程：将景物成像在 CCD 光敏面上，光敏面将每个像敏单元的图像照度转变为信号电荷存在MOS 电容器中；转移到移位寄存器 （转移电极下的势阱） 中； （在驱动脉冲作用下） 顺序移出电荷并转为电压。ICCD 两种形式： 单沟道线阵 CCD 双沟道线阵 CCD三、1、转移效率 和转移损失率 ：一次转移后到达下一个势阱中的电荷量与原来势阱中的电荷之比：电荷包在一次转移过程中损失的电荷量占原电荷量的百分比2.影响转移效率的因素界面态对电荷的俘获可能造成转移损失 界面态界面态影响克服方法：“胖零” （驱动时钟）工作频率对转移效率的影响 3. 驱动时钟的工作效率的上下限，以及上下限限制的决定因素结论：工作频率的上限由电荷包的转移时间 t 决定。结论：工作频率的下限由少数载流子的寿命 决定.4. 响应度、饱和曝光量光响应度 a（斜率）：在线性区，直接反映 CCD 象元灵敏度和电荷/电压能力。 反映单位曝光量的增长下能产生电荷的能力。 饱和曝光量：CCD 输出不再随曝光量变化而变化时对应临界点处的曝光量值 5. CCD 光谱响应 表示 CCD 对各种单色光能的相对的响应能力，其中响应度最大的波长称峰值响应波长。6. 噪声噪声源：(1)由于电荷注入器件引起的噪声；(2)电荷转移过程中，电荷量的变化引起的噪声；(3)由检测产生的噪声。 光子噪声（输入噪声）俘获噪声（转移噪声）胖零噪声（转移噪声）检测噪声（输出噪声）暗电流噪声7. CCD 分辨率 分辨率：CCD 能分辨的最小空间距离。象元数越多，象元中心距越小，CCD 分辨率越高。8.吸光度、光功率损耗、光功率的相关计算（MV - dBm）3四、TCD1206 为例，像元 22361.光敏元阵列总长如何计算？光敏元阵列总长计算：N 个光电二极管*光敏单元尺寸3. SH 的最小周期确定和什么有关？SH 的最小时钟周期 TSH1118（像元/2）T1（因分奇、偶两列移出）T1 为 1 的周期4. 在 SH 为高电平时， 1 为什么要有个更宽的脉冲？SH( SH)为高时且 1为宽时电荷转移，MOS 电容存储势阱电荷向横向模拟移位寄存器 1电极下的势阱转移。 全部感光单元电荷并行转移只此刻 SH为高时可以转移。 1加宽为保证有足够的时间完成转移。 五2. 并行输出的优点？并行输出的线阵 CCD 在相同频率驱动脉冲的作用下可以获得更高的信号输出速率，这在用线阵 CCD 检测高速运动物体图像的应用中具有非常重要的作用。3. “开花”概念“开花”是指光敏单元所存储的电荷超出了势阱容纳电荷的容量而溢出势阱，扩散到邻近势阱的现象。三个窗口 C 波段、L 波段4. 结构特点：象元三个为一组，每组含 RGB(红绿蓝)三色彩色线阵 CCD 有两种形式：单行串行和三行并行5. 特种 CCD 中的“灰度”的概念把图像的两都从最亮到最暗分成 10 个亮度等级，改亮度等级称谓灰度。由实践中得知，若灰度等级不少于 6 级，图像层次已较清楚。微光 CCD 摄像系统中，CCD 的灰度等级比较高，常可以分为 256 个等级，但光电阴极和显示器的亮度等级低。6. 1 主动红外摄像系统原理：当红外光源照射目标时，目标反射的红外光被摄像机所摄取，并将不可见的红外光转换成可见光，在屏幕上显示出来，实现红外摄像。主动红外摄像系统组成：由红外光源和红外摄像器件应用：由于不受环境照明的限制，即使在漆黑的夜晚和中近距离内，主动红外电视也可获得清晰的图像。用面阵红外光源，可以实现大范围的监视，加之近红外摄相机体积小、成本低，因此红外线摄像系统有着广泛的用途，诸如银行、仓库、港口、哨所等要害部位的夜间监视，军事、公安部门的监视、侦查，胶片生产、冲印的质量检验，生物夜间习性的研究，人体一些部位的病变比如早期乳腺癌的检查、探测等等，都收到了十分良好的效果。（2）被动红外摄像系统 4原理：不需要红外线照明，依靠目标本身红外辐射实现摄像望远红外摄像:望远红外 CCD 电视系统对于海陆空三军的远距离低空观察都有着广泛的应用前景。在航 空航天摄像方面中红外 CCD 摄像:光学参数分析、遥感、目标追踪、医疗 8. COMS 与 CCD 的不同之处 互补金属氧化物半导体图像传感器 CMOSComplementary Metal Oxide Semiconductor CMOS 和 CCD 的主要区别是 CCD 是集成在半导体单晶材料上，而 CMOS 是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上。 六2. 辐射效率，发光效率辐射效率及发光效率 在给定 1 2波长范围内，某一光源发出的辐射通量与产生这些辐射通量所需的电功率之比，称为该光源在规定光谱范围内的辐射效率。光源发射的总光通量与提供的功率之比称为发光效率。 4. 气体放电灯的工作原理工作原理：通过高压使气体电离放电，产生很强的光辐射，而不像钨丝灯那样通过加热灯丝使其发光，因而也称气体放电灯光源为冷光源。5. 氙灯的种类汞灯 汞灯又称水银灯，是利用汞蒸气放电发光而制成的灯，按汞蒸气压的不同可分为低压、高压和超高压三种。氙灯可分为长弧氙灯、短弧氙灯和脉冲氙灯三种。长弧氙灯发光光谱的峰值与人眼的最灵敏波长接近脉冲氙灯高速摄影技术中获得广泛的应用6. 发光二极管发射的光谱峰值波长由何决定？2014 诺贝尔物理学奖发光二极管发射的光谱峰值波长由材料的禁带宽度决定。今年的诺贝尔物理学奖得主发明了一种新型节能环保光源蓝光二极管。7.混合光谱？光源颜色定义？光源选择的基本要求？混合光谱：由连续光谱与线、带光谱混合而成。光源的颜色包含了两方面的含义，即色表和显色性。对光源发光光谱特性的要求、对光源发光强度的要求、对光源稳定性的要求 七2. 什么叫二值化处理？有哪几种方法？哪种精度最高？什么叫浮动阈值法？优点是什么？二值化处理是把图像和背景作为分离的二值（0，1）对待二值化处理方法：固定阈值法、浮动阈值法、微分法、比较法微分法 （精度最高）浮动阈值法 定义：使电压比较器的阈值电压随测量系统的光源或随 CCD 输出视频信号的幅值浮动。尺寸测量原理：在得到的二值化方波脉冲中填入与 CCD 像敏单元尺寸有关的高频时钟脉冲，并对其中的高频时钟脉冲计数，再乘以 单个高频时钟脉冲对应的尺寸 (脉冲当量 )。被测尺寸=计数值脉冲当量4.硬件二值化数据采集电路的功能、适用条件、用于二值化技术脉冲要求？5电路功能：1.在二值化波形高电平期间计 t的个数.2. t应是 R脉冲（与像素信号同频率）频率的整数倍，S H是转移脉冲.3. C的 上升沿 时刻应对应 CCD 输出的第一个有效像元（二值化波形一定在 C上升沿 时刻之后时段）4.锁存信号发生在 二值化信号下降沿 之后的瞬间。适用条件： 一个行周期内只有一个二值化脉冲； 只能采集二值化脉冲的宽度或尺寸，无法检测物体的位置。 （CCD 有哪些象元被遮挡不知道） 输入脉冲要求: Fc的上升沿对应于 CCD 输出信号的第一个有效像素单元 CRt脉冲频率是复位脉冲 RS 频率的整数倍5. 边沿送数的二值化数据采集电路的数据采集过程 由线阵 CCD 行同步脉冲 Fc 控制的二进制计数器对每行的标准脉冲进行计数。 CCD 输出的载有被测物体尺寸信息的视频信号经过二值化处理电路产生被测信号的方波脉冲。 将方波脉冲分别送给两个边沿信号产生电路，该电路产生两个上升沿，它们分别对应于方波脉冲的前、后边沿，即线阵 CCD 上的两个位置。 7. 用于 CCD 数据采集的计算机接口类型（四种） ；计算机接口的作用，解决四个问题ISA 接口 PCI 接口 EPP 接口 USB 接口由于计算机的外围设备品种繁多，主机 CPU 与外设之间的数据交换必须通过接口完成，协调解决如下问题：速度不匹配问题：外设的工作速度要比 CPU 慢得多时序不匹配问题：外设有自己的定时控制电路，以自己的速度传输数据，无法与 CPU 的时序取得统一信息格式不匹配问题：不同外设处理和存储的信息格式不同信息类型不匹配问题：信号类型不同，如数字信号与模拟信号八(看 PPT)1.光源经过聚光镜后，成像于物平面上的照明方法，称为临界照明。优点：亮度高，结构简单（若忽略光能的损失，则光源像的亮度与光源