CCD光譜簡介

CCD是60年代末期由貝爾試驗(yàn)室發(fā)明。開始作為一種新型的PC存儲電路，很快CCD具有許多其他潛在的應(yīng)用，包括信號和圖像（硅的光敏性）處理。

CCD 是在薄的硅晶片上處理一系列不同的功能，在每一個(gè)硅晶片上分布幾個(gè)相同的IC等可產(chǎn)生功能的元件，被選擇的IC從硅晶片上切下包裝在載體里用在系統(tǒng)上?？偨Y(jié)下來，CCD主要有以下幾種類型：

一、面陣CCD：

允許拍攝者在任何快門速度下一次曝光拍攝移動物體。

面陣CCD可以在一次曝光中以任意的快門速度來捕捉動態(tài)對象，創(chuàng)建二維的影像，其主要應(yīng)用在高階數(shù)碼相機(jī)、保安監(jiān)視器和攝錄機(jī)等方面。

二、線陣CCD：

用一排像素掃描過圖片，做三次曝光——分別對應(yīng)于紅、綠、藍(lán) 三色濾鏡，正如名稱所表示的，線性傳感器是捕捉一維圖像。初期應(yīng)用于廣告界拍攝靜態(tài)圖像，線性陣列，處理高分辨率的圖像時(shí)，受局限于非移動的連續(xù)光照的物體。廣泛應(yīng)用于掃描儀及復(fù)印機(jī)之類的處理靜態(tài)圖像的場合

三、三線傳感器CCD：

在三線傳感器中，三排并行的像素分別覆蓋RGB濾鏡，當(dāng)捕捉彩色圖片時(shí)，完整的彩色圖片由多排的像素來組合成。三線CCD傳感器多用于高端數(shù)碼相機(jī)，以產(chǎn)生高的分辨率和光譜色階。

四、交織傳輸CCD：

這種傳感器利用單獨(dú)的陣列攝取圖像和電量轉(zhuǎn)化，允許在拍攝下一圖像時(shí)在讀取當(dāng)前圖像。交織傳輸CCD通常用于低端數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)和拍攝動畫的廣播拍攝機(jī)。

五、全幅面CCD：

此種CCD具有更多電量處理能力，更好動態(tài)范圍，低噪音和傳輸光學(xué)分辨率，全幅面CCD允許即時(shí)拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點(diǎn)寄存器、串行浮點(diǎn)寄存器和信號輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機(jī)械快門或閘門控制去保存圖像，并行寄存器用于測光和讀取測光值。圖像投攝到作投影幕的并行陣列上。此元件接收圖像信息并把它分成離散的由數(shù)目決定量化的元素。這些信息流就會由并行寄存器流向串行寄存器。此過程反復(fù)執(zhí)行，直到所有的信息傳輸完畢。接著，系統(tǒng)進(jìn)行精確的圖像重組。

數(shù)碼相機(jī)曝光的整個(gè)流程：

1． 機(jī)械快門打開，CCD曝光

2． 在CCD內(nèi)部光信號轉(zhuǎn)為電信號

3． 快門關(guān)閉，阻塞光線。

4． 電量傳送到CCD輸出口轉(zhuǎn)化為信號。

5． 信號被數(shù)字化，數(shù)字資料輸入內(nèi)存。

6． 圖像資料被進(jìn)行處理，顯示在LCD或電腦上。

面陣數(shù)碼相機(jī)如何解決彩色圖像的曝光？

1．三塊CCD同時(shí)曝光的方法

第一種方法是采取了三塊CCD芯片同時(shí)曝光的方法，它可以在一次曝光拍攝的同時(shí)，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時(shí)候，由一個(gè)特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個(gè)不同的CCD平面。每一個(gè)CCD只記錄紅綠藍(lán)色光中一種色光的彩色信息，并且只再現(xiàn)一種色彩，然后通過軟件的對準(zhǔn)處理，合成為一幅完整的全彩色畫面。

由于人類的眼睛對于光譜綠色波段的光色最為敏感，有些數(shù)碼相機(jī)在安排濾色片的時(shí)候使用兩排綠濾色片來記錄綠光信息，而使用第三排紅色和藍(lán)色的馬賽克濾色片來分別記錄紅光和藍(lán)光的信息。由于紅色和藍(lán)色信息存在間隙，這里需要由計(jì)算機(jī)采取的插值計(jì)算方法來增加附加它的彩色信息。

2．單一芯片三次曝光的拍攝方式

面陣排列數(shù)碼相機(jī)捕捉彩色信息的第二種方法是“單一芯片三次曝光的拍攝方式”。采取這樣的方法時(shí)，數(shù)碼相機(jī)鏡頭的前方需要安裝一個(gè)濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時(shí)必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍(lán)三塊濾色片，分別做三次單獨(dú)的曝光，分別記錄下紅綠藍(lán)光的彩色信息。最后照相機(jī)的軟件將三次曝光的影像信息結(jié)合在一起，構(gòu)成為全彩色的影像。

使用這樣的方法時(shí)，由于是用三次曝光來記錄彩色信息，顯然，攝影者使用這樣一臺面陣的數(shù)碼相機(jī)，就只能局限于拍攝靜態(tài)物體。此外，由于三次拍攝條件可能出現(xiàn)的差異，很可能產(chǎn)生數(shù)碼相機(jī)的軟件不能適當(dāng)重新組合影像的問題。特別是曝光過程中，光源發(fā)生的波動也都會改變影像的彩色平衡。三次曝光的數(shù)碼相機(jī)可以用來拍攝動態(tài)的單色影像（包括黑白照片），這是因?yàn)樵跒V色片轉(zhuǎn)輪上，除了三塊紅綠藍(lán)濾色之外，還有一塊透明的濾色片，它是用來黑白影像做單次曝光拍攝時(shí)使用的。由于只需要一次曝光，因而它可以拍攝動態(tài)物體。

3．單芯片一次曝光的拍攝方式

第三種方式是“單芯片一次曝光的拍攝方式”。在這一方式中，每一單個(gè)的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅，綠，藍(lán)色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽馬克圖案交錯(cuò)覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍(lán)色濾色片，這是因?yàn)樾枰ミm應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點(diǎn)。這樣，較多地使用綠色濾色片可以改善影像的分辨率。

每一個(gè)感光的像素只能捕獲一種彩色，它需要從相鄰的像素那里獲得更多的彩色信息，這是采取插值的計(jì)算方法實(shí)現(xiàn)的。如果不正確的彩色信息被賦值于像素之中，那么插值的效果也會出現(xiàn)問題，這通常在高反差影像的邊緣部分表現(xiàn)得最為明顯，比如黑色的文字，常常會出現(xiàn)彩色的鑲邊。

CCD在圖像運(yùn)作的三大角色：

1． 曝光，通過離散的像素將光信號變?yōu)殡娦盘枴?/p>

當(dāng)入射光以光子的形式落在像素陣列上時(shí)，就獲得一個(gè)圖像。每一個(gè)光子相對應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)（電子-孔）電量組，每一個(gè)像素所能收集到的電子數(shù)，線性地取決于光亮的程度和曝光的時(shí)間，非線性的取決于波長。

2． 電量轉(zhuǎn)移，在CCD內(nèi)部進(jìn)行電量轉(zhuǎn)移。

一旦電量被集中并保持在像素的結(jié)構(gòu)中，就一定會使在物理上與像素分離的偵測放大器得到電量，當(dāng)一個(gè)像素的電量移動時(shí)，同時(shí)相對應(yīng)的像素的電量都會移動。電量對電壓的轉(zhuǎn)換并輸出放大