CCD工业相机是如何实现光电转换的?

2021-07-23 | 来源: 无锡贝斯勒电子科技有限公司

工业相机分别是CCD相机和CMOS相机。目前用于数字图像处理较普遍的CCD相机一般由两部分组成:图像获取单元和图像输出单元。那么CCD工业相机是怎样实现光电转换的呢?

如下图所示,可以形象地喻为往井或桶内注水,因而半导体物理中用“势阱”的概念描述用来收集光激发电荷的积分区域,其中单个像素所能存储的最大光电荷量(不向其邻近像素溢出),也称为“满阱容量”。CCD的光敏单元收集光子与产生的电子数目有良好的线性关系,通常来说,2个光子产生一个电子,在输出单元50000个电子产生一个1伏的视频信号,增益为1:1。

由于热效应产生附加的光子,即暗电流,就会产生不期望的噪声。因此采用CCD芯片这种非稳态结构不用照明,普通的CCD即使在室温的条件下一分钟内就可完全充满电子,而且大约温度每增加7摄氏度,暗电流就会加倍,这就是说芯片的温度升高,噪声就会急剧增加。因此,为了控制暗电流,控制一个比较短的曝光时间非常重要。

控制曝光时间的方法是利用机械快门,而如今CCD芯片多采用电子曝光控制,即电子快门。在手工操作模式,用户通常可以选择比如1/50、1/100、1/500秒的一些离散的快门速度(积分时间);而在自动电子快门模式快门速度能够根据入射光的强度自动调整。如果光的强度太弱,则可以通过长积分时间模式或控制增益的方式来增强弱的CCD信号。