淺談CCD傳感器攝像機(jī)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(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。 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?cái)?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(hào)。CCD上有許多排列整齊的電容，能感應(yīng)光線，并將影像轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)。經(jīng)由外部電路的控制，每個(gè)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(jī)的核心器件，因此其性能高低將直接影響攝像機(jī)的品質(zhì)，并且 CCD的發(fā)展是攝像機(jī)更新?lián)Q代的基礎(chǔ)。下面具體談?wù)凜CD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(jī)的進(jìn)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?cái)?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?cái)?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(jī)有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的為+12V。為配合 PC 攝像機(jī)和網(wǎng)絡(luò)圖像傳輸?shù)膽?yīng)用，逐步以+12V 和+5V兩種工作電壓為主。

　　提高 CCD攝像機(jī)的制造效率

　　為了降低 CCD 攝像機(jī)的制造成本，實(shí)現(xiàn)高速自動(dòng)化生產(chǎn)，制造廠家追求緊密性結(jié)構(gòu)，致力于 CCD攝像機(jī)的小型化，即由 Dip On Board（DOB）過錫板工藝改進(jìn)為 Chip On Board（COB）板上連接 IC 芯片的貼片方式。到目前為止，已實(shí)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(jī)的數(shù)字化

　　在制造 CCD 攝像機(jī)時(shí)，從以往的 Analog 模擬系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn) DSP 數(shù)字化處理，可以借助電子計(jì)算機(jī)和專門軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì) CCD 攝像機(jī)，特別是對(duì)彩色 CCD 攝像機(jī)的各種參數(shù)的量化調(diào)整，可以確保 CCD 攝像機(jī)性能指標(biāo)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(jī)

　　Progressive Scan CCD攝像機(jī)即逐行掃描 CCD，是相對(duì)通用的隔行掃描 CCD攝像機(jī)而言的。CCD攝像機(jī)的垂直分辨率一般僅能達(dá)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(duì)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)會(huì)由于奇場和偶場合為一幀，使用兩個(gè)瞬間狀態(tài)的信息被平滑了，分辨率會(huì)不降。而用 PC 逐行掃描方式攝像機(jī)拍攝的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)是在同一瞬間將兩場圖像同時(shí)采集成為一幀圖像，達(dá)到提高垂直分辨率的作用。