科研CCD相机常见术语

面阵CCD的体系结构

2020-03-02 16:23:48 43

从前文可知,获取一幅图像的过程包括图像获取(曝光)和图像读出。因此,根据CCD感光单元(像素)和读出电路布局的不同,主要有3种不同的体系结构。

1.         隔列转移(Interline-Transfer

像素与转移单元交替排列。像素曝光结束后,将电荷包转移到转移单元,可迅速开始下一次曝光。曝光期间,转移单元将电荷包转移到水平移位寄存器,再读出。

优点:由于电荷包的读出和下一帧的曝光可同时(并行地)进行,因此这种体系结构帧率较高。

缺点:相同面积的CCD芯片,感光面积只有一半。

2.         帧转移方式:Frame-Transfer

将整个CCD芯片一分为二,一半作为感光区,一半作为暂存区。感光区曝光结束,电荷包被迅速移动到暂存区。感光区可迅速进行下一次曝光,曝光期间,读出暂存区。

优点:由于电荷包的读出和下一帧的曝光可同时(并行地)进行,因此这种体系结构帧率较高;

缺点:相同面积的CCD芯片,感光面积只有一半。

3.         全帧式转移(Full-Frame Transfer

整个CCD芯片都是光敏区。曝光结束后,在时序信号的驱动下,每行像素同时向下移动(这是每个像素有多个栅极的原因)。如下图,最下面的一行像素R4的电荷包移入水平移位寄存器。之后,水平移位寄存器像素再逐个向右移出,被放大(或不放大),再进行模拟-数字化转换,变成数字量,送入计算机处理。水平移位寄存器的像素移出完毕后,再同时移动每行像素,R3行像素移入水平移位寄存器,。直到所有像素电荷包被移出,可以进行下一次曝光。

QQ截图20200217111032.jpg


    读出时间:最上面的一行需移动4次,才到水平移位寄存器;因此读出时间Readout Time为:


优点:芯片面积利用率高

缺点:全帧式相机曝光和读出交替进行,因此对帧率有所限制。此外,为了避免读出期间受外界光照的影响,需要有外部快门的配合,屏蔽入射光。

如使用外部机械快门,因机械快门的打开和关闭需要时间,因此全帧式相机获取一帧图像所需要的时间包括三个部分:快门开闭时间+曝光时间+读出时间。

Grateyes CCD相机都是全帧式相机,为了与外部快门(或光源开闭)配合,Greateyes相机提供了相应的信号接口,可通过外部信号触发曝光,曝光期间也会输出相机正在曝光(正忙)的信号。

       

上述内容由我司Jerry Huang 整理收集,仅用于知识的分享和共同学习,未经过同意不得擅自转载。


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