爱游泳的鱼
2021-05-28 23:28
大哥你这又研究啥呢？
CCD Sensor 工作过程
作者： 书生剑客
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前面我们已经学习了CCD的基本结构，工作原理，分类，现在我们就来系统的理解一下CCD工作的过程，先看下面的动画：
也可以通过下面链接观看动画：
网页链接
下图是一个基本的CCD阵列，每个像素感光之后，光生电荷转移到垂直移位寄存器，再一行一行转移到水平移位寄存器，并转换成电压信号输出串行视频信号。
下图则是一个CCD结构的剖面图：
其工作过程的示意图如下，可以分成三个主要步骤：
1. 光敏单元积累电荷，电荷量正比于投射到光敏面上的光子（光生电荷），并存储在光敏单元下面的势阱中；
2. 在感光区光敏元件积分结束时，转移控制栅打开，电荷信号进入存储区。随后，在每个水平回扫周期内（行逆程），存储区中整个电荷图像一次一行地移到水平读出移位寄存器中；
3. 接着这一行电荷信号在读出移位寄存器中向右移位到输出器件，形成视频信号输出，一个时钟一个 像素数据；
完整的过程见下图：
下面通过一个简单的类比来说明CCD 收集、转移和测量电荷的工作过程；
在这个类比中，我们用雨滴表示光子；收集的雨水表示CCD探测的光生电荷;小盆表示像元（势阱），小盆的深度表示每个像元可以容纳多少电荷；虹吸泵表示CCD的移位寄存器；雨水量筒表示CCD的输出放大器。
每个小盘接到的雨水数量不同，说明不同像元点的光强度不一样，光生电荷不同。为了测量每个小盆中的雨水（雨停以后，即曝光结束），虹吸泵将每个小盆中的雨水向雨水量筒转移。首先，最左边一行接雨水的小盆将所接的雨水通过虹吸泵转移到与雨水量筒排成一排的一行小盆（读出寄存器)中。
然后将最靠近量筒小盆中的雨水通过虹吸泵导入量筒中测量它的数量。每次测量完成以后，都要将量筒倒空，准备下一次测量。下图示的状态是一次测量后的状态。
接下来是下一个像元电荷的测量，如此循环到一行像元电荷测量结束；
重复上述转移－测量的过程，直到所有小盆中雨水的数量都测量完毕。然后准备好进行下一次开始接雨水（曝光）。这就是一帧或者一场图像的测量过程。
