CCD光譜

CCD是60年代末期由貝爾試驗室發(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，在每一個硅晶片上分布幾個相同的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。總結(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、保安監(jiān)視器和攝錄機等方面。

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

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允許即時拍攝全彩圖片。全幅面CCD由并行浮點寄存器、串行浮點寄存器和信號輸出放大器組成。全幅面CCD曝光是由機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)進行精確的圖像重組。

數(shù)碼相機曝光的整個流程：

1． 機械快門打開，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． 圖像資料被進行處理，顯示在LCD或電腦上。

面陣數(shù)碼相機如何解決彩色圖像的曝光？

1．三塊CCD同時曝光的方法

第一種方法是采取了三塊CCD芯片同時曝光的方法，它可以在一次曝光拍攝的同時，捕捉到所有的彩色信息。當(dāng)光線通過鏡頭射向CCD表面的時候，由一個特制的棱鏡式分光鏡，將影像的成像光速成分射到三個不同的CCD平面。每一個CCD只記錄紅綠藍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)碼相機在安排濾色片的時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色的馬賽克濾色片來分別記錄紅光和藍光的信息。由于紅色和藍色信息存在間隙，這里需要由計算機采取的插值計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，數(shù)碼相機鏡頭的前方需要安裝一個濾色片轉(zhuǎn)輪，拍照時必須通過轉(zhuǎn)輪中的紅綠藍三塊濾色片，分別做三次單獨的曝光，分別記錄下紅綠藍光的彩色信息。最后照相機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，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，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)碼相機可以用來拍攝動態(tài)的單色影像（包括黑白照片），這是因為在濾色片轉(zhuǎn)輪上，除了三塊紅綠藍濾色之外，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，每一單個的像素都以兩種方式覆蓋著不同的紅，綠，藍色濾色片，一種是條紋覆蓋法，另一種是馬賽馬克圖案交錯覆蓋法。有些芯片上的綠濾色片多于紅色和藍色濾色片，這是因為需要去適應(yīng)人眼視覺在可見光譜中對綠色更為敏感的特點。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，這是采取插值的計算方法實現(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，就獲得一個圖像。每一個光子相對應(yīng)的能量被硅吸收就發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一個（電子-孔）電量組，每一個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間，非線性的取決于波長。

2． 電量轉(zhuǎn)移，在CCD內(nèi)部進行電量轉(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)一個像素的電量移動時，同時相對應(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