1、CCD图象传感器的应用技术尺寸测量光学工程 王春谊一、图像传感器的历史 早在 1873年，约瑟 美 (Joseph May)及伟洛比 史密夫 (WilloughbySmith)就发现了硒元素结晶体感光后能产生电流，这是电子影像发展的开始。以后陆续发明了几种不同类型的图像传感器。其中有 20世纪 50年代诞生的光学倍增管 (Photo Multiplier Tube， 简称 PMT)和 70年代出现的 电荷耦合装置 (Charge Coupled Device， 简称CCD)。 20世纪末，又有三种新型的图像传感器问世了，其中比较普遍应用的是 互补氧化金属半导体(Complementary Me
2、tal Oxide Semiconductor， 简称CMOS)。 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。CMOS CMOS技术已发展了数十年， CPU和内存便是由 CMOS组成。但直到 1998年它才被用于制作图像传感器。 CMOS的优点是结构比 CCD简单，耗电量只有普通 CCD的 1/3左右，并且它的制造成本比 CCD要低。自从佳能公司在专
3、业数码单反相机 EOS D30中采用了 CMOS以来，已经有越来越多的数码单反相机使用它，目前数码单反相机中几乎有一半采用 CMOS作为图像传感器。 CCDCCD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本身是不能分辨颜色的，所以，在实际应用时需要使用色彩滤镜，一
4、般情况下就是在 CCD器件的滤镜层涂上不同的颜色，其色块按 G-R-G-B(绿 -红 -绿 -蓝 )的顺序排列，使每一片滤镜单元下的感光单元感应不同的颜色。例如，在一个 130万像素的 CCD上，有 325000个像素感应红色， 325000个像素感应蓝色， 650000个像素感应绿色。在一个使用这种 CCD的分辨率为 1280x1024的数码相机中，有 640x512个红色像素、 640x512个蓝色像素和 640x1024个绿色像素，绿色像素多一点，是因为人类眼睛对绿色的敏感性和对其它颜色不一样。最后在记录图像时，每个像素的真实色彩就是它与周围像素象混合的平均值。目前大多数数码相机都是采用这种 CCD。 1小型化黑白、彩色 TV摄像机二、 CCD传感器应用领域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。 比较整形法计数脉冲CCD 低通滤波比较器 计数显示参考电平+
