工业相机技术基础 _CCD传感器
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施努卡蘇州博猫有限公司 2021-01-06 9143 0


術語“ CCD”是指“電荷耦合裝置”,并且是能夠傳輸電荷的電子模塊。

這項技術是由Willard Boyle和George E. Smith在貝爾實驗室于1969年發明的,它純粹是用于數據存儲的,但是出于存儲目的。在發現這種效應40年後,由于這項根本上重要的發明而獲得2009年諾貝爾物理學獎。

電荷耦合器件(CCD)的動畫

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利用該原理來移位和讀出光敏像素的電荷的圖像傳感器稱為“ CCD傳感器”。頻率,即傳感器每秒能夠将電荷傳輸一個像素的頻率,稱為“像素時鐘”。如今,CCD的工作頻率約為25至50 MHz。

對光敏感的簡化功能原理

内部光電效應對于傳感器的功能至關重要。矽晶體的原子位于離散的能帶上,在能量上較低的價帶稱為價帶,在能量上較高的稱為導帶。在基本狀态下,大多數電子都在價帶上,但是它們可以通過外部激發而傳輸到導帶上。為此所需的能量為1.26 eV或更高。對于CCD傳感器,這種傳輸可以由光引起,但也可以由更高的熱量供應(傳感器的暗噪聲)引起。通過上述電荷轉移,電荷以許多小的步長通過整個傳感器傳輸到中央放大器/ AD轉換器。

CCD傳感器的典型布局

通常,我們區分幾種典型的CCD傳感器布局,這些布局如下所述:

  1. 行間轉移CCD

  2. 全幀傳輸CCD

  3. 幀傳輸CCD

其中主要是所謂的“行間轉移傳感器”已在博猫平台登录:机器视觉中獲得認可。幀傳輸CCD和全幀傳輸CCD目前主要用于圖像刷新率較低的科學應用中,其中對光的極高靈敏度是主要标準。

CCD傳感器技術的優缺點

由于電荷的轉換是由一個中央放大器/ AD轉換器針對所有像素完成的,因此與CMOS傳感器相比有很多優點和缺點:

優點

  1. 由于增加了表面使用率,從而提高了靈敏度并降低了噪音(填充系數更高)

  2. 由于結構更簡單,缺陷像素更少

  3. 中央A / D轉換器使圖像更均勻

缺點

  1. 讀數速度慢,因為隻有一個中央A / D轉換器數字化

  2. 像CMOS傳感器一樣,不能直接訪問像素,因為必須連續讀取CCD傳感器

  3. 由于需要額外的電子設備,攝像機布局更加複雜,導緻攝像機體積更大,價格更高

  4. 整個相機的能耗更高

  5. 與CMOS傳感器相比,曝光過度時會有更多的拖尾現象

對博猫平台登录:机器视觉很重要

  1. 在大多數工業應用中,都使用帶有CCD傳感器的相機。它們噪聲低,對光敏感,具有很高的均勻性,并且由于其線性特性,适合精密測量應用。

  2. 絕大多數工業相機制造商在其标準産品中都使用了CCD傳感器,其中90%的情況是由索尼制造的。多年來,不斷有新的和先進的傳感器投放市場。

  3. 由于增強了生産技術,因此可以實現更高的像素靈敏度,進而可以實現越來越小的像素尺寸(保持相同的質量)。因此,對光學器件的質量要求已大大提高。

  4. 柯達開發了具有特别快的幀速率或特别高分辨率的CCD傳感器(自2011年以來:TrueSense)。在這裡看一下數據手冊也是值得的,以查看使用哪種類型(新/舊變體)。

  5. 幾乎每個傳感器都有一定數量的缺陷像素,有時可以通過相機固件通過像素錯誤校正來消除。CCD制造商通常以質量等級“ B”,“ A”和“零”來區分其傳感器,以描述缺陷像素的數量。它們的價格各不相同。在極端關鍵的應用情況下,您可以從某些相機制造商處購買“零”級缺陷像素為零的相機,但需要額外付費。

  6. 大約每升高6度,像素的熱噪聲就會加倍。優質的相機在操作過程中不應變得特别熱。此外,避免将相機安裝在蓄熱區。


标簽:相機ccd

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