CCD是摄像机的核心器件,因此其性能高低将直接影响摄像机的品质,并且CCD的发展是摄像机更新换代的基础。 CCD传感器有两种,第一种是特殊CCD传感器,如红外CCD芯片(红外焦平面阵列器件)、高灵敏度背照式和电子轰击式CCD、EBCCD等,另外还有大靶面如2048×2048、4096×4096可见光CCD传感器、宽光谱范围(紫外光→可见光→近红外光→3-5μm中红外光→8-14um远红外光)焦平面阵列传感器等。目前已有商业化产品,并广泛应用于各个领域。第二种是通用型或消费型CCD传感器,在许多方面都有较大地进展,总的方向是提高CCD摄像机的综合性能。 ㈠CCD传感器的像面尺寸向集成化、轻量化方向的发展。 由于制造CCD传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传感器芯片;由于光刻机的进步,所以在仍保持具有很高灵敏度的特性下,CCD传感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向发展。在1993年,1/2英寸的CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸的CCD传感器占总产量的10%;1/3英寸的CCD传感器占总产量的85%。在1997年,在总产量比1993年增加200%以上的情况下,1/2英寸的CCD传感器仍有很大发展,已占总产量的15%(1/2英寸由于靶面较大仍有许多场合需要,尤其在科研领域中);1/4英寸的CCD传感占总产量的60%。也就是说,1/2英寸较大靶面尺寸CCD传感器仍有很大增长。1/4英寸的CCD传感器的产量比1/3英寸的CCD传感器来说,占总产量的比例在减少。 ㈡CCD传感器向高素数、多制式发展 各种CCD传感器的像面尺寸在减少,但其像素数在增加,已由早期的512(H)×596(V)向795(H)×596(V)发展,甚至出现超过百万像素的CCD传感器。为提高水平方向和垂直方向的分辨能力,已从通常的隔行扫描向逐行扫描格式发展。 ㈢降低CCD传感器的工作电压、减少功耗 在初期研制的CCD摄像机有+24V、+22V、+17V和+5V等,目前通用的为+12V。为配合PC摄像机和网络图像传输的应用,逐步以+12V和+5V两种工作电压为主。 ⑷提高CCD摄像机的制造效率 为了降低CCD摄像机的制造成本,实现高速自动化生产,制造厂家追求紧密性结构,致力于CCD摄像机的小型化,即由Dip On Board(DOB)过锡板工艺改进为Chip On Board(COB)板上连接IC芯片的贴片方式。到目前为止,已实现多层板的Multi Chip Module(MCM)多芯片集成模组化制造技术。 ㈤CCD摄像机的数字化 在制造CCD摄像机时,从以往的Analog模拟系统逐步实现DSP数字化处理,可以借助电子计算机和专门软件系统实现对CCD摄像机,特别是对彩色CCD摄像机的各种参数的量化调整,可以确保CCD摄像机性能指标的优化一致性以及在特殊使用条件下的参数量化修改。
三、CCD摄像机的技术性能、特点及进展 ㈠Hyper-D高动态范围CCD摄像机 CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。但是人眼在观察目标时,可以看清目标的最低照度为1Lux,当目标照度达到3×105Lux时,即为人眼动态范围,这种摄像机被称为Hyper-D CCD摄像机。 ㈡从模拟Analog CCD摄像机向DSP数字处理CCD摄像机方向的发展 采用DSP技术,可以使CCD摄像机在数字检测和数字运算技术上能够有效实现智能化逆光背景补偿;能够自动跟踪白平衡,即可以在任何条件下检测和跟踪“白色”,并以数字运算处理功能来再现原始的景物色彩。 ㈢电脑摄像机(PC camera)和网络摄像机(Network Camera) 由于计算机的进步和发展,可通过计算机主板上的USB接口通用串行总线和IEEE1394高速串行综合数据传输接口以及PCMCIA来输入。USB接口的传输速率是12Mbps,IEEE1394接口的传输速率是100-400Mbps。随着国际信息高速公路的实施,对于CCD摄像机作为系统的前端图像传感器正向着适合网络用户的方向发展。CCD摄像机不仅需具有高分辨率的图像质量,而且还需具有小巧、使用简便、通用性强的特点。当前人们关注的Consumer CCD摄像机在不久的将来会普及到千家万户。 ㈣逐行扫描(Progressive Scan)方式CCD摄像机 Progressive Scan CCD摄像机即逐行扫描CCD,是相对通用的隔行扫描CCD摄像机而言的。CCD摄像机的垂直分辨率一般仅能达到350TV线,这是由于使用 2场,每场以311条线扫描,以2∶1隔行扫描,对运动的目标会由于奇场和偶场合为一帧,使用两个瞬间状态的信息被平滑了,分辨率会不降。而用PC逐行扫描方式摄像机拍摄的运动目标是在同一瞬间将两场图像同时采集成为一帧图像,达到提高垂直分辨率的作用。 综上所述,到21世纪,世界将进入信息时代,数字化、计算机化、通讯、电视融为一体的网络化即将成为现实,让人们去面对、去学习、去研究。从整个系统来讲,CCD摄像机是核心的元件之一,但由于我国CCD摄像机制造技术和CCD传感器生产线正处于发展和不断完善的阶段,因此,目前我国CCD产业亟待发展,才能适应市场的需求。随着我国经济的高速增长,信息产业化进程的加快,CCD摄像机的市场会越来越大,应用的领域将深入到每一个相关的专业领域,将给人们带来新的概念。
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