主頁（http://www.130131.com）：CCD攝像機的基礎(chǔ)知識(上) 【中國集群通信網(wǎng)】提起CCD，想必大家都不陌生，但究其根源，也許有些人并不十分了解。本文主要為讀者介紹CCD攝像機的基礎(chǔ)知識，希望大家對CCD有進一步的了解。 什么是CCD CCD是一種固體圖像傳感器，它是電荷耦合器件(Charge coupled device)的英文簡稱，是1970年美國貝爾實驗室的W·B·博伊爾(W·B·Boyle)和G·E·史密斯(G·E·Smith)等人研制出來的。 CCD是在MOS晶體管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本結(jié)構(gòu)是MOS(金屬—氧化物—半導體)電容結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。它是在半導體P型硅(si)作襯底的表面上用氧化的方法生成一層厚度約100nm~150nm的Sio2，再在Sio2表面蒸鍍一層金屬(如鋁)，在襯底和金屬電極間加上一個偏置電壓(稱柵電壓)，就構(gòu)成了一個MOS電容器。所以，CCD是由一行行緊密排列在硅襯底上的MOS電容器陣列構(gòu)成的。
 目前的CCD器件均采用光敏二極管代替過去的MOS電容器，它是在P 型Si襯底上擴散一個N+區(qū)域以形成P-N結(jié)二極管。將光電二極管反向偏置，就可在光電二極管中產(chǎn)生一個定向電荷區(qū)(稱之為耗盡區(qū))。在定向電荷區(qū)中，光生電子空穴分離，光生電子被收集在空間電荷區(qū)中。空間電荷區(qū)對帶負電的電子而言，是一個勢能特別低的區(qū)域，因此通常又稱之為勢阱。投射光產(chǎn)生的光生電荷就儲存在這個勢阱之中，勢阱能夠儲存的最大電荷量又稱之為勢阱容量，勢阱容量與所加柵壓近似成正比。 光敏二極管和MOS電容器相比，光敏二極管具有靈敏度高，光譜響應寬，藍光響應好，暗電流小等特點。如果將一系列的MOS電容器或光敏二極管排列起來，并以兩相、三相或四相工作方式把相應的電極并聯(lián)在一起，并在每組電極上加上一定時序的驅(qū)動脈沖，這樣就具備了CCD圖像傳感器的基本功能。 CCD攝像機的組成 黑白CCD攝像機的組成及原理如圖2所示。
 由圖2看出， CCD黑白攝像機一般由CCD圖像傳感器、掃描驅(qū)動及同步信號產(chǎn)生部分、視頻圖像處理及放大部分、攝像鏡頭、電源等5大部分組成。 而CCD彩色攝像機的組成，是在上述5大部分的基礎(chǔ)上增加彩色濾波器陣列、紅外截止濾光片與彩色信號的處理電路等。至于網(wǎng)絡(luò)攝像機的組成，除前面所說的攝像機的基本部分外，至少要增加能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓δ�，即要增加視頻壓縮處理與視頻服務(wù)器等。 CCD攝像機的正確使用與鏡頭等的安裝調(diào)整 1、安裝鏡頭 眾所周知，攝像機必須配接鏡頭才可使用，但鏡頭合適與否，應根據(jù)應用現(xiàn)場的實際情況來選配。如有定焦鏡頭或變焦鏡頭、手動光圈鏡頭或自動光圈鏡頭、標準鏡頭或廣角鏡頭、長焦鏡頭以及一些特殊鏡頭等。此外，還應注意鏡頭與攝像機的尺寸搭配，以及它們之間的接口是C型還是CS型，要不要加5mm的接圈等。 實際安裝鏡頭時，首先要去掉攝像機及鏡頭的保護蓋，然后將鏡頭輕輕旋入攝像機的鏡頭接口并使之到位。如是自動光圈鏡頭，還應將鏡頭的控制線連到攝像機的AI插口。 2、連接電源線與信號線 鏡頭安裝好后，就可連接電源線及視頻信號線。對12V供電的攝像機來說，應通過220VAC轉(zhuǎn)12VDC的電源適配器，將12V輸出插頭插入攝像機的電源插座。攝像機的電源插座大多是內(nèi)嵌式的針型插座，將12V小電源輸出小套筒插頭插入即可。但有的攝像機是兩個接線端子，這就需要旋動接線端子上的螺釘，將12V小電源輸出線剪開插入并擰緊螺釘就行。需指出的是，必須注意電源線的極性，以防燒壞攝像機。 攝像機輸出的視頻信號均由其后面板上的BNC插座引出，用具有BNC插頭的75Ω的同軸電纜，一端接入攝像機的視頻輸出(Video Out)插座，另一端接到監(jiān)視器的視頻輸入(Video in)插座上。最后，接通電源并打開監(jiān)視器，即可看到攝像機攝取的圖像。 有的攝像機有內(nèi)置拾音器，其后面板上有輸出聲音的RCA插座，用具有RCA插頭的屏蔽電纜，一端接入攝像機的RCA插座，另一端接到監(jiān)視器的音頻輸入(Audio in)插座上，就可聽到所監(jiān)控的現(xiàn)場的聲音。 3、鏡頭光圈與對焦的調(diào)整 在安裝好鏡頭、連接好電源與信號線后，往往得不到理想而清晰的圖像，這就需要調(diào)整鏡頭的光圈與對焦。為此，首先關(guān)閉攝像機上電子快門及逆光補償?shù)乳_關(guān)，將攝像機對準欲監(jiān)視的場景，再調(diào)整鏡頭的光圈與對焦環(huán)，使監(jiān)視器上的圖像最佳。如果是在光照度變化較大的場合使用攝像機，最好配接自動光圈鏡頭并使攝像機的電子快門開關(guān)置于OFF。如果選用了手動光圈則應將攝像機的電子快門開關(guān)置于ON，并在應用現(xiàn)場最為明亮(環(huán)境光照度最大)時，將鏡頭光圈盡可能開大并仍使圖像為最佳(不能使圖像過于發(fā)白而過載)，這時鏡頭才算調(diào)整完畢。這樣，當現(xiàn)場照度降低時，電子快門將自動調(diào)整為慢速，再配合較大的光圈，仍可使圖像達到滿意的程度。 值得說明的是，在調(diào)整過程中，若不注意在光線明亮時將鏡頭的光圈盡可能開大，而是關(guān)得比較小，則攝像機的電子快門會自動調(diào)在低速，雖然仍可在監(jiān)視器上形成較好的圖像，但光線再變暗時，因鏡頭的光圈比較小，而電子快門已經(jīng)處于最慢(1/50s)，此時的成像就可能是昏暗一片。 在鏡頭的光圈與對焦調(diào)整好后，最后裝好防護罩并上好支架即可。 需要指出的是，如果是電動變焦鏡頭(二可變或三可變)，其鏡頭前部取景鏡面與防護罩取景玻璃面之間，必須要充分預留下聚焦動作所需的工作間隔空間(即距離)。否則，鏡頭在聚焦動作時將會推伸出一部分長度與防護罩的窗口玻璃發(fā)生碰撞并頂住，從而可能造成聚焦電機的損壞。但預留的聚焦工作距離不能過長，過長會妨礙鏡頭的光通量特性而影響成像效果。最好的辦法是，手動旋轉(zhuǎn)鏡頭聚焦取景部位，分別在左右兩個方向上輕輕地旋轉(zhuǎn)至底到不可調(diào)為止，這時即可精確地找出應預留的工作距離。 4、鏡頭后焦距的調(diào)整 所謂后焦距也稱背焦距，它指的是安裝上標準鏡頭(標準C/CS接口鏡頭)時，能使被攝景物的成像恰好在CCD圖像傳感器的感光面上。一般攝像機在出廠時，對后焦距都作了適當?shù)恼{(diào)整，因此在配接定焦鏡頭的應用場合，通常都不需要調(diào)整攝像機的后焦距。
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