CCD影像测量原理及应用
基恩士CCD的应用原理
基恩士CCD的应用原理什么是基恩士CCD？基恩士CCD（Charged Coupled Device，电荷耦合器件）是一种光电传感器，广泛应用于图像和视频的捕捉设备中。
其原理是利用半导体材料对光的敏感性，将光信号转换为电信号。
基恩士CCD的工作原理基恩士CCD的工作原理可以概括为以下几个步骤： 1. 光的感受：基恩士CCD的表面布满了光敏感的蚀刻表面，当光照射到CCD上时，光子会撞击到蚀刻表面上的光敏效应位，产生电子-空穴对。
2. 电荷传输：电子-空穴对产生后，通过电场作用力将电子和空穴分离，形成一些电荷（电子和空穴的总数量）。
这些电荷会被传输至图像传感器的暗电场处。
3. 电荷转换：经过电荷传输后，电荷会被转化为电压信号。
基恩士CCD利用PN结构（正负电交界结构）将电荷转换为电压信号。
4. 信号放大：电压信号进入增益放大器进行放大，以增强信号强度。
5. 输出信号：经过放大后的信号被传输至AD转换器，转换为数字信号，然后传输至其他设备进行后续的图像处理、存储或显示。
基恩士CCD的特点•高感光度：基恩士CCD具有较高的感光度，能够捕捉到较暗的光线条件下的图像信息。
•低噪声：基恩士CCD的图像质量较好，其噪声水平较低，可以提供清晰、细节丰富的图像。
•快速响应：基恩士CCD传感器具有较快的响应速度，能够捕捉到运动的物体，并生成高质量的图像。
•稳定性好：基恩士CCD具有较好的稳定性，不易受到环境温度等因素的影响。
基恩士CCD的应用领域基恩士CCD由于其优异的性能，在许多领域得到广泛的应用，主要包括： - 摄像机：基恩士CCD广泛应用于数码相机、摄像机以及安防监控摄像头等设备中，用于捕捉图像和视频。
- 医学影像：基恩士CCD在医学领域也有重要的应用，用于X射线、核磁共振等医学影像的捕捉。
- 工业检测：利用基恩士CCD的高分辨率和高灵敏度优势，可以用于工业检测领域，如缺陷检测、自动化设备。
- 天文观测：基恩士CCD在天文领域被广泛应用，用于拍摄天体、星系的图像，以研究宇宙的演化和结构。
CCD技术及应用实验利用线阵CCD进行物体尺寸测量(精)
CCD技术及应用实验：利用线阵CCD进行物体尺寸测量一、实验目的通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。
二、实验准备内容1.利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。
CCD输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。
如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。
将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。
当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）。
根据输出波形，可以测得物体 A 在像方的尺寸D，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸DDD（3-1）/显然，只要求出D，就不难测出物体A的实际尺寸D。
线阵CCD的输出信号U O随光强的变化关系为线形的，因此，可用U O模拟光强分布。
采用二值化处理方法将物体边界信息（图3-1中的N1与N2）检测出来是简单快捷的方法。
有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。
2.二值化处理方法图3-2所示为典型CCD输出信号与二值化处理的时序图。
图中FC信号为行同步脉冲，FC的上升沿对应于CCD的第一个有效像元输出信号，其下降沿为整个输出周期的结束。
U G为绿色组分光的输出信号，它为经过反相放大后的输出电压信号。
为了提取图3-2所示U G的信号所表征的边缘信息，采用如图3-3所示的固定阈值二值化处理电路。
图3-3二值化电该电路中，电压比较器LM393的正输入端接CCD 的输出信号U G ，而反相输入端接到由电位器R2的动端，产生的可调的阈值电平，可以通过调节电位器对阈值电平进行设置，构成固定阈值二值化电路。
CCD基本原理与应用
由上图可看出：CMOS和CCD最大的区别是 CMOS的 电荷到电压转换过程是在每个像素上完成的
电路更改 速度 噪声 灵敏度 功耗 成本
CCD与CMOS比较
CCD 方便 慢 好 好 毫安级 高
CMOS 固定 快 差 差 微安级 低
为实现信号电荷的转换： 1、必须使MOS电容阵列的排列足够紧密，以致相
邻MOS电容的势阱相互沟通，即相互耦合。 2、控制相邻MOS电容栅极电压高低调节势阱深浅，
使信号电荷由势阱浅处流向势阱深处。 3、在CCD中电荷的转移必须按照确定的方向。
CCD 的工作过程
3. 电荷可以被有秩序地转移出感光区域。
Serial Register
Full Frame
Preamplifier
Active Array
Output Node
ADC
Serial Register
Full Frame
Preamplifier
Active Array
Output Node
Serial Register
Full Frame
Preamplifier
Active Array
Output Node
彩色的形成
利用BAYER滤光片，让相临四个像素分别只能接收一 色光。每个像素输出的信息只是相应色光的灰度值，之后通 过软件合成为彩色。
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）
Go 输出
SiO2
N＋
1
2
62
63
64
P型衬底
CCD图像传感器原理及应用.
• [5] 王庆友 , 于桂珍 . 利用线阵 CCD 非接触测量材料变形量的方法 . 光电工 程,2002
谢
谢！
二、CCD传感器应用领域
1．小型化黑白、彩色TV摄像机 2．传真通讯系统 3．光学字符识别 4．工业检测与自动控制 5．医学标本分析与检测（如血细胞分析仪）， 6． 天文观测 7． 军事上应用
三、图像传感器应用技术
----尺寸测量
信号的二值化处理
CCD传感器光敏单元的输出可以看成“0”、“1” 信号,通过对输出为“0”的信号进行计数,即可测出物 体的宽度。这就是信号的二值化处理。实际应用时, 物像边缘交界处光强是连续变化的,而不是理想的阶 跃跳变,要解决这一问题可用两种方法:比较整形法; 或者 微分法。
L S
L L d L 2 S S S S
小尺寸的检测
信号处理
计 数 显 示
L
n· p
控制器
•
a L==( +1)· np ' f
例子：钢珠直径，小轴承内外径，小轴径、孔径，小玻 璃管直径，微小位移测量，机械振动测量。
大尺寸检测（或高精度工件检测）
CCD1 CCD2
PMT
PMT从五十年代发展到现在，技术已经非常 成熟。它的形状就像一个圆柱体的小灯泡，直 径约一寸，长度约二寸；内置多个电极，将进 入的光信号转化为电信号，最高动态范围可达 4.2，而且它非常耐用，可以运作十万小时以 上。但是由于它的造价相当高，目前只是应用 于专业的印刷、出版业的扫描仪及工程分析。
CCD
CCD是美国贝尔实验室于1969年发明的，与 电脑晶片CMOS技术相似，也可作电脑记忆体及 逻辑运作晶片。CCD是一种特殊的半导体材料， 它是由大量独立的感光单元按照矩阵形式排列 组成的。CCD的感光能力比PMT低，但近年来 CCD技术有了长足的进步。由于CCD的体积小、 造价低，所以广泛应用于扫描仪、数码相机及 数码摄像机中。目前大多数数码相机采用的图 像传感器都是CCD。
CCD基本原理范文
CCD基本原理范文CCD（电荷耦合器件）是一种通过光电转换将光信号转换为电信号的器件。
它是底片相机中使用的图像传感器之一，也用于数字摄像机、光学扫描仪和一些科学测量设备中。
基本原理：CCD的基本原理是光电转换，通过圆形电荷耦合器件将光信号转换为电信号。
它的结构由大量类似电容器的感光单元组成，这些感光单元被称为像素。
每个像素在感光单元中包含一个光敏元件和一个电容器，它们通过一些复杂的电路连接在一起。
当光照射到CCD芯片上时，它会激发光敏元件中的电子，并将它们收集和储存在电容器中。
电容器的储电量与光照强度成正比。
存储的电荷量可以通过读出电路在外部测量。
CCD器件由四个关键步骤组成：光电转换、转移、积分和读出。
1.光电转换：当光照射到像素中的光敏元件时，光子能量将转移给电子，将它们从价带上的绑定状态转移到传导带上。
2.转移：通过逐行扫描的方式，电荷从一个像素传输到下一个像素。
每行的电荷会被一条称为转移门的电场控制，将它们推向下一行。
3.积分：在CCD芯片上有一个积分电场，它的作用是将传输到每一行的电荷聚集在一起，以增强信号。
在积分期间，感光单元的电荷将持续累积。
4.读出：在读出阶段，电荷被从感光单元传输到电路中，并转换为电压信号。
这些电压信号通过模数转换器被转换为数字信号，并存储在电脑中。
CCD传感器的主要特点包括高分辨率、高画质、灵敏度高、动态范围广、低噪声等。
它具有良好的扩展性和可操作性，可以应用于很多不同的领域。
然而，CCD芯片也存在一些缺点。
首先，它需要一个相机模组来保护，因为它对静电敏感，易受到损坏。
其次，由于制造工艺复杂，成本相对较高。
此外，CCD相比于其他型号的图像传感器，其功耗较高。
总结起来，CCD基本原理是通过光电转换将光信号转换为电信号。
它是一种高质量的图像传感器，具有很多优点，但也有一些不足之处。
随着技术的发展，CCD已经逐渐被CMOS（互补金属氧化物半导体）传感器取代，但它仍然在特定的领域中有广泛的应用。
ccd测距原理
ccd测距原理
CCD测距原理是通过光电转换器件CCD（Charge-Coupled Device）接收光信号，并将其转换为电信号进行测距的方法。
CCD是一种由大量规则排列的像素组成的芯片，每个像素可
以感受到光的强度。
当光照射到CCD上时，其中的光电二极
管会将光子转换为电荷，并在各个像素位置上储存。
在进行测距时，CCD会接受一个发射出的激光脉冲信号。
当
激光脉冲信号照射到目标物体上，并反射回来时，CCD会接
收到反射光信号，并将其转换为电荷信号。
根据光在空气中的传播速度以及接收到反射光的时间差，可以计算出光的往返时间。
CCD测距原理中的一个关键步骤是确定反射光的时间差。
为
了实现这一点，首先需要通过触发电路控制激光器发射出一个非常短暂的激光脉冲。
然后，CCD会接收到反射光信号，其
中包含来自目标物体的反射光以及其他环境因素的干扰光。
通过控制CCD的工作方式，可以将反射光信号与干扰光信号进
行区分。
将CCD接收到的反射光信号转换为电信号后，可以使用电子
元器件进行信号处理和分析。
通过计算接收到反射光的时间差以及光在空气中的速度，可以得到目标物体与测距设备之间的距离。
CCD测距原理主要适用于近距离的测量，例如在工业自动化、
激光测距仪等领域。
通过利用光电转换原理，CCD可以实现快速、精确的测距，并具有较高的分辨率和灵敏度。
影像测量仪培训资料 PPT课件
(2)点选“尺寸计算键”，勾选LC，按「确定」。
(3)在影像显示区量测第二点，即可得到此点元素与上一测定点元素间的 距离。
投影线测量
1. 作用：输入2 ～ 500点，得此线段、真直度，并可自动与上一测定
元素做相关尺寸计算。
2. 操作方法：
(1)点选快速键「“投影测线键“投影线测定」，在功能设定窗口即显示 测定元素及所需输入点数。
圆弧测量
1. 作用：输入3 ～ 500点，可得此弧有关的尺寸，并可自动与上一测定元素做相关尺
寸计算。
2. 操作方法：
（1）点选快速键「“快速测圆弧键” 弧测定」，在功能设定窗口即显示测定元素及 所需输入点数。
（2）点选快速键「“尺寸计算键” 尺寸计算」，勾选所需量测尺寸，若要变更量测 点数请先按AC键再输入点数(3~500点)，按「确定」或「确定存档」。
离。
七、Msu25D软件操作时注意事项
操作员：要经过培训、懂的保护好的仪器的 前提下方可独自进行上机进行操作，生手 必须要有正规的操作员在场指导下才可上 机操作。
• 以上为影像测量仪测量工具的几种测量方
法，也是最基本的测量方法，这次培训也 只是一次影像测量仪基础的测量知识的互 相交流，同时也希望大家在平时需要测量 简单的样品在保护好的仪器的前提下自已 动手操作.
以圓工具套住待測圓，先按滑鼠左鍵一下，
使圓工具固定套住被测圆，再按「CAL 計
算鍵」。
使用尺规校正时， 系统会自动选取20 个圆NUM为20， 每校正一次，系统 会选取5个圆的平
均值。
7. 移動X軸（Y軸必須固定不動），將此圓移
至畫面正右方，點選Tool1「 圓工具」，
ccd应用场景
ccd应用场景CCD（Charge Coupled Device）是一种常用于图像传感器的技术，具有高灵敏度、高分辨率和低噪声的特点。
它在许多领域中都有广泛的应用场景。
本文将从医疗、农业、工业和安防四个方面，介绍CCD的应用场景。
一、医疗领域CCD技术在医疗领域中有着重要的应用。
例如，在医学影像诊断中，CCD传感器可以捕捉X射线或超声波等影像信息，通过数字化处理后，医生可以清晰地观察患者的内部结构，准确地判断疾病的情况。
此外，CCD还可以应用于内窥镜、显微镜等医疗设备中，帮助医生进行病灶检测和手术操作。
二、农业领域CCD技术在农业领域也有着广泛的应用。
例如，农业无人机配备了CCD传感器，可以通过拍摄农田的高清图像，帮助农民判断作物生长情况、测量土壤水分含量、检测病虫害等。
这些信息可以帮助农民制定科学的农业生产计划，提高农作物的产量和质量，减少资源的浪费。
三、工业领域在工业领域，CCD技术被广泛应用于质量检测、自动化生产等方面。
例如，CCD传感器可以用于检测产品的表面缺陷、尺寸偏差等质量问题，提高产品的合格率和生产效率。
此外，CCD还可以用于机器人视觉系统中，实现对工件的精确定位、抓取和组装等自动化操作。
四、安防领域CCD技术在安防领域中也有着重要的应用。
例如，CCD摄像头可以用于监控系统，实时监测公共场所、商业建筑、居民小区等区域的安全情况。
通过CCD摄像头拍摄的图像和视频可以提供给安防人员进行监控和查证。
此外，CCD还可以用于人脸识别、车牌识别等安防技术中，提高安全性和便利性。
总结起来，CCD技术在医疗、农业、工业和安防等领域中都有着重要的应用场景。
随着技术的不断进步，CCD传感器的性能将进一步提升，应用范围也将更加广泛。
相信在不久的将来，CCD技术将在更多的领域中发挥重要作用，为人们的生活带来更多的便利和进步。
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CCD影像测量原理及应用
CCD（Charge-coupled Device）影像测量是一种利用CCD技术进行测
量的方法。
CCD是一种能够将光信号转换为电信号的装置，它由一系列的
电荷耦合元件组成，可以对光信号进行高效、高精度的采集和处理。
在CCD影像测量中，光信号经过光学系统的聚焦和成像后，被CCD传感器采集，并转换为电信号。
通过对这些电信号的处理和分析，可以获得被测物
体的形状、尺寸、位置等信息。
1.光学系统：CCD影像测量首先需要通过光学系统将被测物体的图像
聚焦到CCD传感器上。
光学系统通常包括透镜、滤光片、光源等组件，可
以对光线进行调节和控制，以获得清晰、准确的图像。
D传感器：CCD传感器是CCD影像测量的核心部件，它由一系列
的光敏元件组成，可以将光信号转换为电信号。
CCD传感器可以将被测物
体的图像分成一系列的像素，每个像素对应一个电荷耦合元件。
当光信号
照射到CCD传感器上时，光子会激发光敏元件中的电子，形成电荷。
这些
电荷会在电荷耦合元件之间传输，最终被转换为电信号。
3.信号处理：CCD传感器采集到的电信号需要经过信号处理的步骤，
以获得被测物体的相关信息。
信号处理通常包括增益调节、噪声滤波、图
像增强等操作，可以提高测量的精度和准确性。
4.数据分析：经过信号处理后，CCD影像测量系统可以得到一幅清晰、准确的图像。
这些图像可以通过计算机进行进一步的处理和分析，以获得
被测物体的形状、尺寸、位置等信息。
数据分析通常包括边缘检测、轮廓
提取、面积测量、坐标测量等操作，可以实现对被测物体的精确测量。
CCD影像测量具有许多应用领域，包括工业制造、医学影像、机器视
觉等。
在工业制造中，CCD影像测量可以用于产品尺寸的测量、缺陷检测、位置校准等。
例如，在汽车制造中，可以使用CCD影像测量来检测车身表
面的缺陷和变形，以保证产品质量。
在医学影像中，CCD影像测量可以用
于X射线、CT、MRI等设备的图像采集和分析，以帮助医生进行疾病诊断
和治疗。
在机器视觉中，CCD影像测量可以用于机器人的导航、目标识别
和定位等任务。
例如，在自动驾驶汽车中，可以使用CCD影像测量来识别
道路标志和障碍物，以实现自动驾驶功能。
总之，CCD影像测量是一种利用CCD技术进行测量的方法，它通过光
学系统将被测物体的图像聚焦到CCD传感器上，再经过信号处理和数据分析，可以获得被测物体的形状、尺寸、位置等信息。
它在工业制造、医学
影像、机器视觉等领域有着广泛的应用。