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国外CCD检测技术在工业中的应用与发展
发布时间:2015-4-14 15:01:25 点击:2009
0引言
  电荷耦合器件(Charge Couple Device,CCD)是一种以电荷为信号载体的微型 图像传感器,具有光电转换和信号电荷存储、转移及读出的功能,其输出信号通常是符合电 视标准的视频信号,可存储于适当的介质或输入计算机,便于进行图像存储、增强、识别等处理[1]。
  自CCD于1970年在贝尔实验室诞生以来,CCD技术随着半导体微电子技术的发展而迅速发展,CCD传感器的像素集成度、分辨率、几何精度和灵敏度大大提高,工作频率范围显著增加,可高速成像以满足对高速运动物体的拍摄[2],并以其光谱响应宽、动态范围大、灵敏度和几何精度高、噪声低、体积小、重量轻、低电压、低功耗、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、寿命长、图像畸变小、无残像、可以长时间工作于恶劣环境、便于进行数字化处理和与计算机连接等优点,在图像采集、非接触测量和实时监控方面得到了广泛应用,成为现代光电子学和测试技术中最活跃、最富有成果的研究领域之一[1,3]。
1CCD传感器的检测原理
  CCD是由光敏单元、输入结构和输出结构等组成的一体化的光电转换器件,其突出特点是以电荷作为信号载体,其基本工作原理见文献[4,5]。当入射光照射到CC D光敏单元上时,光敏单元中将产生光电荷Q,Q与光子流速率Δn 0、光照时间TC、光敏单元面积A成正比,即:
  Q=ηqΔn0ATc     (1)
  其中η为材料的量子效率;q为电子电荷量。CCD图像传感器的光电转换特性如图1 如示,其中横坐标为照度,lx.s;纵坐标为输出电压,V0在非饱和区满足:
  f(s)=d1sτ+d2    (2)
式中,f(s)为输出信号电压(V);s为曝光量(lx.s);d1为直线段的斜率(V/lx.s),表示CCD的光响应度;τ为光电转换系数,τ≈1;d2为无光照时CCD的输出电压,称为暗输出电压。特性曲线的拐点 G所对应的曝光量SE称为饱和曝光量,所对应的输出电压VSAT称为饱和输出电压。曝光量高于SE后,CCD输出信号不再增加,可见,CCD图像传感器在非饱和区的光电转换特性接近于线性,因此,应将CCD的工作状态控制在非饱和区。
 
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