电荷耦合器件图像传感器CCD原理与应用
ccd技术的原理与应用
CCD技术的原理与应用1. CCD技术的概述•CCD技术全称为电荷耦合器件（Charge-Coupled Device），是一种在半导体集成电路中使用的光电转换器件。
•CCD技术能够将光信号转换为电荷信号，并通过集成电路进行处理和转换，用于图像和视频的捕捉和处理。
2. CCD技术的原理•CCD技术基于光电转换原理，利用半导体材料中的光电效应将光信号转换为电荷信号。
•CCD芯片由一组互联的电荷传输元件组成，其中最常见的是三相结构。
其主要包括像元阵列、电荷传输通道和电荷采集电路。
•当光照射到像元阵列时，光子被像元上的光敏区域吸收，产生电子-空穴对。
•电子会被吸引到电势低的区域，通过电势梯度沿着传输通道逐渐移动。
•当信号传输到CCD芯片的输出端时，通过电荷采集电路将电荷信号转换为电压信号，进而得到数字化的图像数据。
3. CCD技术的应用3.1 数码相机•数码相机使用CCD技术将光信号转换为数字信号，实现图像的捕捉和存储。
•CCD芯片的分辨率高，能够捕捉到更多的细节，提供高质量的图像。
•数码相机还可以通过自动曝光、自动对焦等功能，提供更好的拍摄体验。
3.2 摄像•CCD技术在摄像领域得到了广泛应用，如安防摄像监控、电视和电影制作等。
•CCD芯片的高灵敏度和低噪声特性，使其成为获取清晰图像的理想选择。
•CCD摄像技术在低光环境下仍能提供较高的图像质量，能够满足复杂场景下的需求。
3.3 天文观测•天文学中，CCD技术被广泛应用于天文观测和图像处理。
•CCD技术的高灵敏度和低噪声特性，使其成为天文学家捕捉微弱星光和行星运动的理想工具。
•天文学家可以通过CCD技术获取高质量的天体图像，从而研究和分析天体运动、结构和性质。
3.4 医学影像•CCD技术在医学影像领域有着广泛的应用，如X射线摄影、超声成像等。
•CCD芯片能够提供较高的像素密度和较低的噪声水平，使医学影像更加清晰和准确。
•医生可以通过CCD技术获取高质量的医学影像，对疾病进行准确的诊断和治疗。
CCD基本原理与应用
CCD基本原理与应用CCD（Charge-Coupled Device）是一种光电转换器件，它的基本原理是利用光电效应将光信号转换为电荷信号，然后通过电荷耦合传输的方式将电荷信号从一个电容储存区传输到另一个电容储存区，最后将电荷信号转换为电压信号。
CCD的主要应用领域包括数字摄像机、天文观测、医学影像等。
CCD的基本原理可以分为三个步骤：光电转换、电荷耦合传输和电荷转换为电压。
首先是光电转换。
当光照射到CCD的感光表面时，感光表面上的光敏元件会发生光电效应，将光子转换为电子。
这些电子会被吸引到感光表面下方的电荷储存区。
接下来是电荷耦合传输。
CCD内部有一系列的电容储存区，被称为像元。
电子从感光表面下方的电荷储存区开始传输，通过电场的作用逐个传输到相邻的电容储存区。
这个传输过程是通过在CCD上施加适当的时序脉冲来实现的。
最后是电荷转换为电压。
当电子传输到最后一个电容储存区时，通过适当的控制信号，电子会被转移到输出节点上的读出电容中。
然后，读出电容上的电荷被转换为电压信号，经过放大和处理后，最终得到模拟电压信号。
CCD的应用非常广泛。
最常见的应用是在数码相机和摄像机中。
CCD 作为图像传感器，能够将光信号转换为电信号，然后通过数字信号处理技术将电信号转换为数字信号，最终形成图片或视频。
CCD的高灵敏度和低噪声特性使得它在图像传感器领域具有重要的地位。
此外，CCD还被广泛应用于天文观测领域。
天文学家利用CCD摄像机可以拍摄到远离地球的星体图像，并通过处理和分析这些图像来研究宇宙的起源和演化。
医学影像是另一个CCD的重要应用领域。
例如，CCD能够用于X射线摄像机，将X射线转换为电荷信号，然后转换为图像。
这种技术在医学检查中非常有用，可以帮助医生进行诊断和治疗。
总的来说，CCD作为一种光电转换器件，利用光电效应将光信号转换为电荷信号，并通过电荷耦合传输和电荷转换为电压的方式最终得到电压信号。
CCD具有高灵敏度、低噪声和高分辨率等特点，因此在数字摄像机、天文观测、医学影像等领域得到广泛应用。
CCD基本原理与应用
CCD基本原理与应用CCD，即电荷耦合器件（Charge-Coupled Device），是一种用于转换光信号为电信号的半导体器件。
CCD是一种由光电二极管线性排列而成的芯片，其工作原理基于光电效应和电荷耦合。
CCD广泛应用于图像传感器、视频摄像机、天文望远镜等领域。
CCD的基本结构由光电二极管（Photodiode）、多相控制电极（Phased Shifted Electrode）和读出电极（Output Electrode）组成。
光电二极管负责将光信号转化为电荷信号。
多相控制电极则用来控制电荷在CCD上的传输，以保证信号的准确性和可靠性。
读出电极则用来将电荷信号转化为电压信号输出。
CCD的工作原理如下：1.光电二极管接收到光信号后，产生电子-空穴对。
2.电子穿过p-n结向n区域迁移，空穴则向p区迁移。
3.迁移过程中，由于p区电导性较差，电子会在n区逐渐积累，形成电荷包。
4.控制电极的作用下，电荷包从一个像素点传输到相邻的像素点，最终传输至读出电极。
5.读出电极通过引出信号电压，将电荷信号转化为电压信号输出。
CCD的应用十分广泛，主要包括以下几个方面：1.数字相机：CCD作为图像传感器，广泛应用于数码相机中，能够实现高质量的图像采集和处理。
2.视频摄像：CCD能够将光信号转化为电压信号输出，适用于摄像机领域。
和传统的摄像管相比，CCD具有更高的分辨率和更低的噪声水平。
3.星座图像传感器：CCD的高灵敏度和低噪声特性使其成为天文学领域中观测星座图像的主要工具。
4.医学成像：CCD能够捕捉体内不同器官的光信号，被广泛应用于医学成像设备，如X光、核磁共振等。
5.显微镜：CCD能够高精度地捕捉显微镜中的图像，用于医学、生物、材料等领域的显微观察和分析。
总结起来，CCD作为一种重要的半导体器件，通过光电效应和电荷耦合实现了光信号到电信号的转换。
其具有高灵敏度、低噪声、高分辨率等优点，因此广泛应用于图像传感器、摄像机、天文望远镜等领域，对于现代科技的发展起到了重要的推动作用。
CCD基本原理与应用
CCD基本原理与应用CCD（Charge Coupled Device）是一种电子器件，也是一种图像传感器。
它是由许多电荷传输电极、储存节点和输出寄存器组成的。
CCD原理基于光电效应，通过转换光子能量为电荷，进而将电荷转换为电信号。
CCD工作原理是通过感光元件接收光线，将光线中的不同颜色和亮度转化为电荷信号，进一步转化为电压信号。
CCD感光元件由排列在平面上的微小光敏单元（Pixel）组成，每个光敏单元可以转换接收到的光线为一定量的电荷。
当光线进入CCD感光元件时，光子会与感光元件上的硅原子相互作用，使电子从价带跃迁到导带，形成电荷。
光敏单元的形状和大小决定了CCD的空间分辨率。
在CCD感光元件的排列结构中，光敏单元被分成两个区域：感光区和储存区。
感光区接收到光线，产生的电荷被存储在相应的储存区。
当电荷存储完毕后，通过逆向偏置的输出寄存器完成信号的放大和读取。
读出的信号可以用来构建图像。
CCD的应用非常广泛。
最常见的应用之一是在数字相机和摄像机中充当图像传感器。
CCD感光元件可以捕捉到细节丰富的图像，并转换为数字信号。
这些数字信号可以通过影像处理、压缩和存储等方式进行后续的处理和使用。
CCD也在天文学中广泛应用。
天文学家使用CCD相机来观测和拍摄星体的图像。
由于CCD可以捕捉非常微弱的光信号，并具有较高的灵敏度和低噪声特性，所以CCD相机成为天文观测中不可或缺的工具。
CCD还广泛应用于光谱仪中。
光谱仪将光线分散为不同波长的光谱，CCD感光元件可以将光谱转换为电信号，并进行进一步的分析和测量。
这使得CCD成为光谱分析领域中的关键技术。
此外，CCD还被应用于医学成像、工业检测和科学研究等领域。
在医学成像中，CCD感光元件可以捕捉到医学图像，并帮助医生进行诊断。
在工业检测中，CCD可以用来检测产品的表面缺陷和异常，提高生产质量。
在科学研究中，CCD可以用来观测微观现象和进行粒子探测。
总的来说，CCD基本原理是通过光电效应将光子能量转换为电荷，进而转换为电信号。
ccd检测器原理
ccd检测器原理
CCD检测器是一种基于电荷耦合器件（CCD）的图像传感器，其原理是将光学信号转换为电信号。
当光线照射到CCD检测器上时，光子会被吸收并转换为电子，这些电子被收集并存储在CCD检测器的电荷存储单元中。
然后，通过读取这些电荷存储单元中的电荷，可以生成图像。
CCD检测器具有高灵敏度、高分辨率和高动态范围等优点，因此在许多领域得到了广泛应用，例如医学影像、安全监控、天文观测和科学实验等。
在医学影像领域，CCD检测器被用于医学影像设备中，如X光机、CT机和MRI等。
这些设备使用CCD检测器来捕捉患者的图像，以便医生能够更准确地诊断疾病。
在安全监控领域，CCD检测器被用于监控摄像头中，以捕捉和记录视频图像。
这些图像可以用于安全监控和防盗等目的。
在天文学领域，CCD检测器被用于天文望远镜中，以捕捉和记录星空图像。
这些图像可以用于研究天体和宇宙结构等目的。
在科学实验领域，CCD检测器被用于各种科学实验中，如化学分析、材料研究、粒子物理等。
这些实验需要高灵敏度和高分辨率的图像来进行分析和测量。
总之，CCD检测器是一种非常重要的图像传感器，在许多领域得到了广泛应用。
ccd是什么
ccd是什么CCD 是电荷耦合器件（Charge-Coupled Device）的缩写。
它是一种使用在图像传感器和高速数据转移领域的技术。
CCD 在图像传感器和摄像机中广泛应用，因为它的可靠性和高质量图像输出。
本文将介绍 CCD 的原理、应用和发展趋势。
一、CCD 的原理CCD 是一种半导体器件，其工作原理基于电荷的轨迹和传输。
CCD 由一系列的电荷传输节点和电极组成。
当光子进入 CCD 的光敏区域时，它会产生电荷。
电荷被控制电极和传输电极捕捉，然后通过电荷耦合和转移来传输到读取电极。
最后，电荷被转换成电压信号并传输到 AD 转换器进行数字化。
CCD 的核心是光敏区域，也称为像素阵列。
每个像素都是一个光敏元件，可以将入射的光子转化为电荷。
这个过程称为光电转换。
光子的能量越高，产生的电荷就越多。
因此，在 CCD 中，每个像素的电荷量可以表示光的强度。
二、CCD 的应用1. 数码相机：CCD 是数码相机中最常用的图像传感器。
它能够捕捉高质量、高分辨率的图像，并提供良好的色彩还原能力。
由于 CCD 能够对光的强度进行准确测量，因此它在摄影领域得到广泛应用。
2. 星空观测：CCD 能够捕捉微弱的星光信号，并转化为可见的图像。
这使得天文学家能够观测到远离地球的星体，研究星体的性质和演化过程。
3. 医学影像：CCD 在医学影像领域发挥着重要作用。
例如，CCD可以用于光学显微镜和内窥镜等设备，捕捉并放大被观察组织的图像。
这对于医生进行疾病诊断和治疗决策至关重要。
4. 太阳能电池板：在太阳能电池板中，CCD 被用作表面缺陷检测工具。
它可以检测表面缺陷，提高太阳能电池板的效率和耐久性。
5. 科学研究：CCD 在科学研究中发挥重要作用。
例如，在光学显微镜和电子显微镜中，CCD 能够捕捉微小的结构和颗粒，并提供高分辨率的图像。
三、CCD 的发展趋势1. 提高分辨率：随着科技的不断进步，对于图像质量的要求也越来越高。
未来的 CCD 将会追求更高的分辨率，以捕捉更多细节和精确的图像。
ccd 工作原理
ccd 工作原理
ccd（电荷耦合器件）是一种图像传感器，它是基于光电转换
和电荷传输原理工作的。
ccd的工作主要分为光电转换和电荷
传输两个过程。
在光电转换过程中，ccd的表面覆盖着一层由硅制成的感光薄膜。
当外界光线照射到感光薄膜上时，光子会被感光薄膜吸收，并激发出电子 - 空穴对。
这些电子 - 空穴对会被感光薄膜内的电场和电位差作用下分离，电子被聚集在感光薄膜下方的势阱内，而空穴则被吸引到势阱上方。
感光薄膜上的每一个像素点都有一个对应的势阱，用于收集和存储来自光电转换的电荷。
接下来是电荷传输过程。
ccd内部有一系列的传输脉冲信号，
这些信号作用于ccd中的势阱，控制和引导势阱内的电荷的传输。
首先，一个重置脉冲信号被发送到势阱，将其中的电荷清零。
随后，一个移位脉冲信号被发送，将电荷从一个势阱传输到相邻的势阱中。
通过不断重复这一过程，电荷可以在ccd内
部被移动和传输。
当光源照射完整个ccd感光区域后，感光薄膜中的电荷将被逐
一传输到ccd的输出端，形成一个电荷包。
最后，这个电荷包
经过放大和采样，转换成一个模拟电压信号。
总的来说，ccd通过光电转换将光子转化为电荷，然后通过电
荷传输的方式将电荷逐一传输到ccd的输出端，从而实现图像的捕获和转换。
ccd图像传感器的原理
ccd图像传感器的原理
CCD图像传感器是一种基于电荷耦合器件（Charge-Coupled Device）的光学传感技术。
其原理是利用PN结以及电荷耦合
的原理将光信号转换为电荷信号，并通过逐行读取的方式将这些电荷信号转换为数字图像。
当一个光子击中CCD图像传感器上的感光表面时，它会激发
感光表面上的电子，并将它们转换成电荷信号。
这些电荷信号会被储存在电荷耦合器件中的位势阱中，由于耦合电介质介导电耦合效应，使电荷可以在电荷耦合器件中进行传输。
在图像采集过程中，电荷信号会被逐行读取。
首先，所有的电荷信号都会被传输到传感器芯片的顶部电荷传输区域。
然后，通过逐行读取的方式，将每行中的电荷信号传输到图像信号处理电路中进行进一步处理。
在逐行读取的过程中，每行的电荷信号会根据时钟脉冲的控制，被顺序地传输到图像信号处理电路中。
在图像信号处理电路中，电荷信号会被放大、调整和数字化，最终形成完整的数字图像。
CCD图像传感器具有高灵敏度、高动态范围和低噪声等优点，因此广泛应用于数码相机、摄像机、望远镜等领域。
它的原理基于光电效应和电荷耦合效应，为数字图像采集和处理提供了高质量的解决方案。
图像传感器应用技术(第3版) 课件第2章 电荷耦合摄像器件(CCD)的基本工作原理
2、光谱响应 CCD 接 受 光 的 方 式 有 正 面 光 照 与 背 面 光 照 两 种 。
ICCD常采用背面照射的方法。 由图2-26可见，背面光照方 式比正面光照的光谱响应要好 得多。
图2-26 ICCD的光谱响应
2.6.3 动态范围
1、势阱可存储的最大信号电荷量
图2-25 线转移面阵CCD结构示意图
2.6.2 CCD的基本特性参数
1、光电转换特性 存储于CCD的像元中信号电荷包是由入射光子被硅衬底材
料吸收，并被转换成少数载流子（反型层电荷）形成的，因 此，它具有良好的光电转换特性。
Qin
tc
qA h
e
式中，tc为CCD积分时间；η为CCD器件的光电转换效 率；q为电子电荷量；h为普郎克常数；ν为入射辐射频率。
Q=COXUG
图2-4 势阱 （a）空势阱 （b）填充1/3的势阱 （c）全满势阱
2.2 电荷耦合
2.3 CCD的电极结构
CCD电极的基本结构应包括转移电极结构、转移沟道结 构、信号输入单元结构和信号检测单元结构。 1、 三相CCD的电极结构 （1）三相单层铝电极结构 图2-6所示的是三相单层金属电极结构。它的特点是工艺简 单且存储密度较高。
（2）隔列转移型面阵CCD 图2-24(a)所示为隔列转移型面阵CCD的结构。图2-24（b）
是隔列转移型面阵CCD的二相注入势垒器件的像敏单元和寄存 器单元的结构图。
图2-24 隔列转移型面阵CCD
（3）线转移型面阵CCD 如图2-25所示，它与前面两种转移方式相比，取消了存储区，
多了一个线寻址电路。
Q(0)
Q(t)
Q(0)
电荷转移效率与损失率的关系为：
1
CCD工作原理
CCD工作原理CCD（Charge-Coupled Device，电荷耦合器件）是一种常见的图像传感器，广泛应用于数码相机、摄像机、扫描仪等设备中。
它的工作原理是通过将光信号转化为电荷信号，然后逐行读取和传输，最终形成图像。
CCD由一系列光敏元件组成，每个光敏元件被称为一个像素。
当光线照射到CCD上时，光子会激发光敏元件中的电子，使其跃迁到导体带中，形成电荷。
每个像素的电荷量与光强度成正比。
CCD的工作过程可以分为曝光、读取和传输三个阶段。
1. 曝光阶段：在曝光阶段，CCD的感光元件暴露在光线下。
光子通过透镜系统进入CCD的感光区域，激发光敏元件中的电子，并将其转化为电荷。
曝光时间的长短决定了感光元件中电荷的累积量，从而影响图像的亮度和细节。
2. 读取阶段：在读取阶段，CCD将每个像素的电荷转换为电压信号。
每个像素都有一个对应的电荷转换器，它将电荷转化为电压。
转换后的电压信号通过输出放大器放大，并传送到模数转换器（ADC）进行数字化处理。
3. 传输阶段：在传输阶段，CCD逐行读取和传输每个像素的电压信号。
CCD的输出端有一个移位寄存器，它将每一行的电压信号逐个传送到输出端，形成图像的一行数据。
然后，移位寄存器将下一行的电压信号移入输出端，重复这个过程直到读取完整个图像。
CCD的工作原理的关键在于电荷的传输。
在传输过程中，电荷通过逐行移位的方式从感光区域传输到输出端。
这种逐行移位的方式可以保持电荷的顺序和位置，从而保证图像的准确性和清晰度。
总结：CCD工作原理是将光信号转化为电荷信号，通过逐行读取和传输，最终形成图像。
它包括曝光、读取和传输三个阶段。
在曝光阶段，光子激发光敏元件中的电子，形成电荷。
在读取阶段，电荷转换为电压信号，并通过输出放大器和模数转换器进行数字化处理。
在传输阶段，电压信号逐行传输到输出端，形成图像的一行数据。
CCD的工作原理保证了图像的准确性和清晰度。
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电荷耦合器件图像传感器CCD原理与应用摘要：电荷耦合器件图像传感器ccd（charge coupled device），是由一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。
本文通过对ccd的简介、工作原理和应用的阐述，一起对其做进一步说明。
关键词：ccd原理应用功能特性电荷耦合器件(ccd)是一种新型的固体成像器件，是近代光学成像领域中非常重要的一种高新技术产品。
作为一种新型图象传感器，ccd器件具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、操作简便、易于维护、成本低、应用广等诸多优点。
由于ccd的像元尺寸小、几何精度高，配置适当的光学系统，即可获得很高的空间分辨率，特别适用于各种精密图象传感和无接触工件尺寸的在线检测。
由于ccd是以时间积分方式工作的，光积分时间可在很宽的范围内调节，因此使用方便灵活，适应性强，ccd的输出信号易于数字化处理，易于与计算机连接组成实时自动测量控制系统，可以广泛用于光谱测量及光谱分析，文字与图象识别，光电图象处理，传真、复印、条形码识别及空间遥感等众多领域。
1、ccd简介1.1ccd发展史ccd在1969年由美国贝尔实验室（bell labs）的维拉博伊尔(willard s. boyle)和乔治史密斯（george e. smith）所发明的。
当时贝尔实验室正在发展影像电话和半导体气泡式内存。
将这两种新技术结合起来后，博伊尔和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷‘气泡’元件”（charge “bubble” devices）。
这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。
但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。
到了70年代，贝尔实验室的研究员已能用简单的线性装置捕捉影像，ccd就此诞生。
有几家公司接续此项发明，包括快捷半导体（fairchild semiconductor）、美国无线电公司（rca）和德州仪器（texas instruments）。
其中快捷半导体的产品率先上市，于1974年发表500单元的线性装置和100x100像素的平面装置。
1.2ccd简介ccd，英文全称：charge-coupled device，中文全称：电荷藕合元件。
可以称为ccd图像传感器。
ccd是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
ccd 上植入的微小光敏物质称作像素（pixel）。
一块ccd上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。
ccd的作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号。
ccd上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。
经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。
ccd广泛应用在数位摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜，和高速摄影技术如lucky imaging。
ccd在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵ccd，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性ccd，它只有x 一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。
1.3ccd功能特性ccd图像传感器可直接将光学信号转换为数字电信号，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。
其显著特点是：1.体积小重量轻；2.功耗小，工作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长；3.灵敏度高，噪声低，动态范围大；4.响应速度快，有自动扫描功能，图像畸变小，无残像；5.应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。
因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把ccd器件作为光电接收器。
ccd从功能上可分为线阵和面阵ccd两大类。
线阵ccd通常将ccd内部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样时钟脉冲。
所需相数由ccd芯片内部结构决定，结构相异ccd可满足不同场合的使用要求。
线阵ccd有单沟道和双沟道之分，其光敏区是mos电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。
它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像(线阵ccd)。
面阵ccd的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。
2、ccd工作原理ccd是电荷耦合器件(chargecoupled device）的缩写。
它具有进行光-电转换、信息存贮、扫描读取3大功能。
2.1ccd的光-电转换功能在p型单晶硅的衬底上做一层绝缘氧化膜,通过活化置换技术，再在氧化膜表面做出许多排列整齐的可透光的电极，当光线通过时，氧化膜与p型单晶硅之间产生电荷，其电荷的数量与光照强度及照射时间成正比,这就是ccd的光电转换功能。
2.2ccd的电荷存贮功能若在电极加上一个适当的正电压,则在电极和衬底之间产生一个电场，这个电场在p型硅中将载流子带正电的空穴排斥到衬底电极一边,在电极下硅衬底表面形成一个没有可动空穴的带负电的区域，这个区域称作电荷耗尽区，这就是能够吸引电子的势阱，电极上所加的电压越高,势阱越深，电荷留在阱内量越多，只要电压存在,电子就能储存在势阱里，当景物的光照射到ccd时，具有光敏特性的p型硅在光量子的激发下产生电子空穴对，空穴移向衬底而消失，电子进入势阱并存储在那里，由于绝缘氧化物层使得电子不能穿过而到达电极，因此存贮在势阱里的电子形成了电荷包，其电荷量的多少与光照强度成正比，于是所有电极下的电荷包就组成了与景物相对应的电荷像。
2.3ccd的电荷转移功能势阱的深浅由电极上所加电压的大小决定。
电荷在势阱内可以流动，它总是从相邻浅阱里流进深阱中，这种电荷流动称为电荷转移。
若有规律改变电极电压，则势阱的深度就会随之变化，势阱内电荷就可以按人为确定的方向转移，直到最终由输出端输出。
这就是ccd的电荷转移原理。
电荷转移又分单相驱动、双相驱动、三相驱动及四相驱动等多种方式，除了电极构造及所加电压波形不同以外，其转移原理是一样的。
四相驱动方式的驱动电路比较复杂，但相邻势阱的深度差较大，电荷的存贮量也大，容易实现隔行扫描，在专业级摄像机中应用较为广泛。
四相驱动方式即将绝缘层上的电极按列的方式每四个分为一组，形成一个象素单元，每组电极分别加上不同的偏置电压,则在电极下绝缘膜与p型硅之间就产生不同深度的势阱，如果有规律地改变电极上的电压值,使势阱产生变化，就可以使电子定向移动，这也就是ccd的扫描读出原理。
ccd根据转移电极结构及转移方式的不同又分成帧转移(ft)方式；行间转移(it)方式；帧行间转移(fit)方式。
3、ccd应用四十年来，ccd器件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。
在数码相机领域，ccd的应用更是异彩纷呈。
一般的彩色数码相机是将拜尔滤镜（bayer filter）加装在ccd上。
每四个像素形成一个单元，一个负责过滤红色、一个过滤蓝色，两个过滤绿色(因为人眼对绿色比较敏感)。
结果每个像素都接收到感光讯号，但色彩分辨率不如感光分辨率。
用三片ccd和分光棱镜组成的3ccd系统能将颜色分得更好，分光棱镜能把入射光分析成红、蓝、绿三种色光，由三片ccd各自负责其中一种色光的呈像。
所有的专业级数位摄影机，和一部份的半专业级数位摄影机采用3ccd技术。
目前，超高分辨率的ccd芯片仍相当昂贵，配备3ccd的高解析静态照相机，其价位往往超出许多专业摄摄影者的预算。
因此有些高档相机使用旋转式色彩滤镜，兼顾高分辨率与忠实的色彩呈现。
这类多次成像的照像机只能用于拍摄静态物品。
在天文学方面有一种奇妙的应用方式，能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。
方法是让ccd上电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致，速度也同步，以ccd导星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差，还能使望远镜记录到比原来更大的视场。
一般的ccd大多能感应红外线，所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度(或趋近零照度)摄影机/照相机等。
为了减低红外线干扰，天文用ccd常以液态氮或半导体冷却，因室温下的物体会有红外线的黑体幅射效应。
ccd对红外线的敏感度造成另一种效应，各种配备ccd的数码相机或录影机若没加装红外线滤镜，很容易拍到遥控器发出的红外线。
降低温度可减少电容阵列上的暗电流，增进ccd在低照度的敏感度，甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升（信噪比提高）。
温度噪声、暗电流（dark current）和宇宙辐射都会影响ccd 表面的像素。
天文学家利用快门的开阖，让ccd多次曝光，取其平均值以缓解干扰效应。
为去除背景噪声，要先在快门关闭时取影像讯号的平均值，即为”暗框”(dark frame)。
然后打开快门，取得影像后减去暗框的值，再滤除系统噪声(暗点和亮点等等)，得到更清晰的细节。
天文摄影所用的冷却ccd照相机必须以接环固定在成像位置，防止外来光线或震动影响；同时亦因为大多数影像平台生来笨重，要拍摄星系、星云等暗弱天体的影像，天文学家利用”自动导星”技术。
大多数的自动导星系统使用额外的不同轴ccd监测任何影像的偏移，然而也有一些系统将主镜接驳在拍摄用之ccd相机上。
以光学装置把主镜内部份星光加进相机内另一颗ccd导星装置，能迅速侦测追踪天体时的微小误差，并自动调整驱动马达以矫正误差而不需另外装置导星。
4、结论随着ccd 技术不断改进、提高，电荷耦合器件(ccd)作为一种高新技术产品和新型图象传感器，具有灵敏度高、光谱响应宽、动态范围大、操作简便、易于维护、成本低、应用广等诸多优点。
由于ccd的像元尺寸小、几何精度高，配置适当的光学系统，即可获得很高的空间分辨率，特别适用于各种精密图象传感和无接触工件尺寸的在线检测。
由于ccd是以时间积分方式工作的，光积分时间可在很宽的范围内调节，因此使用方便灵活，适应性强，ccd的输出信号易于数字化处理，易于与计算机连接组成实时自动测量控制系统，可以广泛用于光谱测量及光谱分析，文字与图象识别，光电图象处理，传真、复印、条形码识别及空间遥感等众多领域。
在像素相等的情况下获得了更多的信息量。
各ccd 生产厂家也在不断发展，技术将更加成熟，现代摄影将在高新技术领域更快地发展。
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