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CCD传感器主要可以分成哪几种类型?

CCD有面阵和线阵之分,面阵是把CCD像素排成1个平面的器件;而线阵是把CCD像素排成1直线的器件。

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CCD传感器主要可以根据电荷转移结构、像素排列方式和扫描方式等分为以下几种类型:

核心按电荷转移结构分类:

  1. 全帧传输(Full-Frame Transfer CCD, FF-CCD)

    • 特点:感光区域(像素阵列)同时也是电荷存储和转移通道。需要机械快门遮挡光线才能在读取时避免光干扰。
    • 应用:高分辨率天文摄影、科学成像等对动态范围要求高的领域。
  2. 帧传输(Frame Transfer CCD, FT-CCD)

    • 特点:感光区域下方有一个大小相同、被遮光的存储区域。电荷在曝光结束后快速转移到存储区,然后慢慢读出,同时感光区可以开始下一帧曝光。
    • 优势:可实现较高速连续成像。
    • 应用:早期某些高端摄像机和科研相机。
  3. 行间传输(Interline Transfer CCD, IL-CCD)

    • 特点目前最常见于消费数码相机和摄像机。每个感光像素旁都有一个垂直的遮光电荷转移通道(垂直CCD寄存器)。曝光后电荷快速水平转移到相邻的垂直通道,然后通过垂直通道逐行向下转移到底部的水平寄存器输出。
    • 优势:不需要机械快门即可实现逐帧曝光和读取,支持电子快门。
    • 应用:主流数码相机、手机摄像头(早期)、监控摄像头、摄像机等。

其他重要分类维度:

  1. 按像素排列方式

    • 贝叶尔阵列(Bayer Pattern):最普遍的彩色成像方式,通过覆盖RGB滤色片阵列(RGBG排列),利用像素插值还原彩色图像。
    • 平铺阵列(Foveon X3 类似)这是CMOS的一种技术,CCD很少这样用。 传统的彩色CCD都是通过表面覆盖单层滤色片来实现彩色成像(贝叶尔阵列是主流)。
  2. 按扫描方式

    • 线阵CCD(Linear CCD):感光单元排成一条直线或几条平行线。成像时需要扫描运动(如平板扫描仪)或被扫描物体运动(如工业流水线检测)。
    • 面阵CCD(Area CCD):感光单元呈二维矩阵排列(如上面提到的全帧、帧传输、行间传输都是面阵),可直接获取二维图像。是相机的主要类型。
  3. 按电荷运动方向(内部结构)

    • 三相CCD:需要三组相位不同的时钟脉冲驱动电荷转移。
    • 二相CCD:需要两组脉冲驱动。
    • 四相CCD:需要四组脉冲驱动。
    • 虚拟相CCD:结构特殊,只需一层电极和基底自建电场即可实现电荷转移。
    • 蠕动型CCD:抗晕光能力特别强,主要用于极端高光的场景。

总结关键类型

在回答“主要类型”时,核心是基于电荷转移结构,尤其强调其应用场景:

  1. 全帧传输CCD (FF-CCD)
  2. 帧传输CCD (FT-CCD)
  3. 行间传输CCD (IL-CCD) - 最主流

理解这些类型的区别关键在于它们的电荷如何从感光点转移到输出放大器,以及这对成像速度、是否需要快门、抗光干扰能力和最终应用带来的影响。

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