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    國外CCD檢測技術在工業中的應用與發展
    發布時間:2015-4-14 15:01:25 點擊:1330
    0引言
      電荷耦合器件(Charge Couple Device,CCD)是一種以電荷為信號載體的微型 圖像傳感器,具有光電轉換和信號電荷存儲、轉移及讀出的功能,其輸出信號通常是符合電 視標準的視頻信號,可存儲于適當的介質或輸入計算機,便于進行圖像存儲、增強、識別等處理[1]。
      自CCD于1970年在貝爾實驗室誕生以來,CCD技術隨著半導體微電子技術的發展而迅速發展,CCD傳感器的像素集成度、分辨率、幾何精度和靈敏度大大提高,工作頻率范圍顯著增加,可高速成像以滿足對高速運動物體的拍攝[2],并以其光譜響應寬、動態范圍大、靈敏度和幾何精度高、噪聲低、體積小、重量輕、低電壓、低功耗、抗沖擊、耐震動、抗電磁干擾能力強、堅固耐用、壽命長、圖像畸變小、無殘像、可以長時間工作于惡劣環境、便于進行數字化處理和與計算機連接等優點,在圖像采集、非接觸測量和實時監控方面得到了廣泛應用,成為現代光電子學和測試技術中最活躍、最富有成果的研究領域之一[1,3]。
    1CCD傳感器的檢測原理
      CCD是由光敏單元、輸入結構和輸出結構等組成的一體化的光電轉換器件,其突出特點是以電荷作為信號載體,其基本工作原理見文獻[4,5]。當入射光照射到CC D光敏單元上時,光敏單元中將產生光電荷Q,Q與光子流速率Δn 0、光照時間TC、光敏單元面積A成正比,即:
      Q=ηqΔn0ATc     (1)
      其中η為材料的量子效率;q為電子電荷量。CCD圖像傳感器的光電轉換特性如圖1 如示,其中橫坐標為照度,lx.s;縱坐標為輸出電壓,V0在非飽和區滿足:
      f(s)=d1sτ+d2    (2)
    式中,f(s)為輸出信號電壓(V);s為曝光量(lx.s);d1為直線段的斜率(V/lx.s),表示CCD的光響應度;τ為光電轉換系數,τ≈1;d2為無光照時CCD的輸出電壓,稱為暗輸出電壓。特性曲線的拐點 G所對應的曝光量SE稱為飽和曝光量,所對應的輸出電壓VSAT稱為飽和輸出電壓。曝光量高于SE后,CCD輸出信號不再增加,可見,CCD圖像傳感器在非飽和區的光電轉換特性接近于線性,因此,應將CCD的工作狀態控制在非飽和區。
     
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