关于CCD的基础知识

现在CCD在不同场景下应用都非常丰富，从民用到科研的成像，以及光谱分析、哈特曼等等都是用到了CCD。这片文章就讲述一些关

于CCD的内容。

先CCD工作流程分为几个步骤，当一个像素重置后，主要进行下面四个步骤

1. 光学曝光，每个像素将外界光转化为电子

2. 将电信号存储到寄存器中

3. 相机一次只能读取部分数据，剩下的部分需要经过转移后才能获取

4. 就是对数据进行读取

关于相机的具体过程，可以参考知乎上的一篇文章，里面有比较详细的介绍：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/240675688?tt_from=weixin_moments

相机的工作模式

自由运行模式

连续运行是快的一种工作方式，因为上述四个步骤是同时运行的，而且图像拍摄是连续拍摄的，所以这种方式可以运行在zuigao的速度。

触发模式

主要分为软件触发和硬件触发两种形式。可能会遇到触发信号频率远大于相机zuida速率的问题，这种情况下很多仪器的处理方式都是忽

略掉那些过快的多余触发信号，有些设备还会记录下未执行触发信号的个数。

Standby

这种模式下相机停止工作的，仅仅是让电脑能够识别相机而已。

相机的一些基本知识

如果用于成像的目的，通常相机会添加一组透镜组，有汇聚光束，提高能量利用率的作用。其次相机只能感受光束的强弱，不能辨别

颜色，因此需要在相机添加一个RGB filter

Color filter(Bayer filter)

虽然一个像素只添加了一个颜色的filter，但是实际上，通过周围3*3或者5*5个像素，通过计算，每个像素的RGB值都能得到。

Hot pixels

在生产过程中像素受到污染，或者像素到达他的寿命后，响应已经不在是线性的。而且这些像素点通常都是少数的，CCD相对于

cmos出现的个数更少一些。若要查找这些点，可以先将相机放在一个黑暗环境中，搜索图像中的亮点，然后将他放在一个过渡曝

光的环境中，寻找图像中的暗点。Hot pixels是正常的现象，通过软件是可以解决部分像素问题的。

Shutter mode

曝光方式分为两种，一种是Global shutter，另一种是Rolling shutter。Global shutter指所有像素同时曝光，而Rolling shutter则是

从上到下分别曝光，他的优点是曝光时间更短，但是因为不是同时曝光的原因，因此当拍摄高速移动图像时，图像有可能会变形。

Multi Integration mode

当我们要拍摄一个快速移动的物体时，一种是以昂贵的价格购买高速相机，另一种方法就是可以采用这种模式，在同一副图像下进行多

次曝光。实际效果类似于下图所示，一次拍摄，多次曝光，一张图片记录下整个运动过程。

在Youtube上有一段相关视频：

https://www.youtube.com/watch?v=PXdfKQlHPl8

AOI

相机像素数量越多，那么导致相机处理时间以及数据传输时间越长。但是一个图像中真正感兴趣的区域只有一部分，设置感兴趣的区域

为AOI，让其他区域的像素不工作。设置感兴趣的区域的方法有几种，diyi种设置只有一个AOI区域，这是常见的方法。第二种是设置

多个区域，但是他们这些区域的纵横坐标需要相同，相机会把这些图像合并为一副图像进行输出。

第三种是设置多个区域，区域的大小必须相同，但是增益、曝光时间等等可以不同，终图像会按照顺序进行输出

Binning

将周围的几个像素合并为一个像素，虽然降低了图像的分辨率，但是提高的相机的速度，图像成像范围也没有发生变化。合并像素的方

法可以是相加，这种方法可以提高图像的亮度；还可以将几个像素取平均，取平均的方式通常是为了降低噪声。

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原创作者：上海昊量光电设备有限公司