淺談CCD傳感器攝像機的技術(shù)發(fā)展趨勢

　　CCD（Charge-coupled Device）即電荷耦合元件，可以稱為CCD圖像傳感器。CCD是一種半導體器件，能夠把光學影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素數(shù)越多，其提供的畫面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把圖像像素轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。經(jīng)由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉(zhuǎn)給它相鄰的電容。

　　CCD是攝像機的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機的品質(zhì)，并且 CCD的發(fā)展是攝像機更新?lián)Q代的基礎(chǔ)。下面具體談談CCD的技術(shù)發(fā)展方向。

　　CCD傳感器的像面尺寸向集成化、輕量化方向的發(fā)展

　　由于制造 CCD 傳感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片 6.5 英寸的硅片上光刻出更多的 CCD傳感器芯片；由于光刻機的進步，所以在仍保持具有很高靈敏度的特性下，CCD 傳感器的尺寸向 1/2 英寸、1/3 英寸、1/4 英寸、1/5 英寸的方向發(fā)展。在 1993 年，1/2英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的5%；1/4英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的10%； 1/3英寸的CCD傳感器占總產(chǎn)量的 85%。在 1997 年，在總產(chǎn)量比 1993 年增加 200%以上的情況下，1/2 英寸的 CCD 傳感器仍有很大發(fā)展，已占總產(chǎn)量的 15%（1/2 英寸由于靶面較大仍有許多場合需要，尤其在科研領(lǐng)域中）；1/4 英寸的 CCD傳感占總產(chǎn)量的 60%。也就是說，1/2英寸較大靶面尺寸 CCD傳感器仍有很大增長。 1/4 英寸的 CCD傳感器的產(chǎn)量比 1/3 英寸的CCD傳感器來說，占總產(chǎn)量的比例在減少。

　　CCD傳感器向高素數(shù)、多制式發(fā)展

　　各種 CCD 傳感器的像面尺寸在減少，但其像素數(shù)在增加，已由早期的 512（H）×596（V）向 795（H）×596（V）發(fā)展，甚至出現(xiàn)超過百萬像素的 CCD 傳感器。為提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已從通常的隔行掃描向逐行掃描格式發(fā)展。

　　降低CCD傳感器的工作電壓、減少功耗

　　在初期研制的 CCD攝像機有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合 PC 攝像機和網(wǎng)絡圖像傳輸?shù)膽?，逐步?12V 和+5V兩種工作電壓為主。

　　提高 CCD攝像機的制造效率

　　為了降低 CCD 攝像機的制造成本，實現(xiàn)高速自動化生產(chǎn)，制造廠家追求緊密性結(jié)構(gòu)，致力于 CCD攝像機的小型化，即由 Dip On Board（DOB）過錫板工藝改進為 Chip On Board（COB）板上連接 IC 芯片的貼片方式。到目前為止，已實現(xiàn)多層板的 Multi Chip Module（MCM）多芯片集成模組化制造技術(shù)。

　　CCD攝像機的數(shù)字化

　　在制造 CCD 攝像機時，從以往的 Analog 模擬系統(tǒng)逐步實現(xiàn) DSP 數(shù)字化處理，可以借助電子計算機和專門軟件系統(tǒng)實現(xiàn)對 CCD 攝像機，特別是對彩色 CCD 攝像機的各種參數(shù)的量化調(diào)整，可以確保 CCD 攝像機性能指標的優(yōu)化一致性以及在特殊使用條件下的參數(shù)量化修改。

　　逐行掃描（Progressive Scan）方式CCD攝像機

　　Progressive Scan CCD攝像機即逐行掃描 CCD，是相對通用的隔行掃描 CCD攝像機而言的。CCD攝像機的垂直分辨率一般僅能達到 350TV線，這是由于使用 2 場，每場以 311條線掃描，以 2∶1 隔行掃描，對運動的目標會由于奇場和偶場合為一幀，使用兩個瞬間狀態(tài)的信息被平滑了，分辨率會不降。而用 PC 逐行掃描方式攝像機拍攝的運動目標是在同一瞬間將兩場圖像同時采集成為一幀圖像，達到提高垂直分辨率的作用。