面阵ccd工作原理

面阵CCD应用技术实验

（一） 面阵CCD原理及驱动实验

【实验目的】

1. 掌握隔列转移型面阵CCD的基本工作原理；

2. 掌握面阵CCD各路驱动脉冲波形及其所涉及部分的功能；

3. 掌握面阵CCD输出掌握面阵CCD实验仪的基本操作和各个部件的功能； 4. 的视频信号与PAL电视制式的关系。

二、实验仪器

1. 带宽50MHz以上双踪迹（或四踪迹）同步示波器一台； 2. YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。

三、实验内容

1. 仔细阅读附录中所叙述的“YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪使用手

册”，并对照实验仪实物进行学习，尤其注意各个开关、测量插孔、连接线的功能，找到内置面阵CCD摄像机与外置面阵CCD摄像机，及其转换开关。

2. 面阵CCD的垂直与水平驱动脉冲的驱动波形、频率、周期、相位的测量方法； 3. 面阵CCD行、场自扫描电视制式的测量； 4. 视频输出信号的测量。 四、数据记录及处理 1.内部控制脉冲SH：

图1-1 SH脉冲波形图 2.ΦV1、ΦV2、ΦV3、ΦV4脉冲波形图

1

图1-2 ΦV1脉冲波形图

面阵CCD系统设计

童列树

一 采集线性CCD像素信息的实现，包括弱信号的提取。描述一种算法，找到特征点，如最大点。 二 采集29×29的CCD点阵信息，提取边界。将点阵当成圆或椭圆，找出圆心并输出.txt格式。

完成内容：

1、分析CCD系统结构；

2、描述信号采集及调理的方案；

3、在MATLAB中从“write.raw”中提取第一行1024个像素点信息，找出其信息最大点，并输出“LinearArrayCCD_Max.txt”文件。从“write.raw”中提取29×29光斑,并找出光斑中心，输出“AreaArrayCCD_Max.txt ”文件。

1，光电成像系统基本组成的框图 CCD、CMOS、CID等 光源光信号传输介质背景噪声光信号光学系统(信号分析器)背景噪声光信号光电摄像器件(信号变换器)噪声信号显示器信号人眼噪声物体(信号源)

CCD （Charge Coupled Device）图像采集系统是指光电成像系统的后半部分。主要由CCD传感器、时序电路、采集电路、信号处理电路等部分组成。

2，CCD图像采集系统

内部数据采集

（采样保持电路）

噪声、干扰 除噪 CCD传感器 外部信号采集 放大输出 有用信号 A/

物理与电子信息学院——电子信息实验技术

光电成像器件实验报告

实验题目 姓名 实验五 面阵CCD时序驱动测试及成像实验 杨智超 组别 双2 班级 13光电子班 日期 学号 2016.6.15 134090340 【实验目的】 1、掌握面阵CCD模块的基本操作； 2、了解行间转移式(interline transter)面阵CCD的基本工作原理、面阵CCD各路驱动脉冲波形意义及相位关系及面阵CCD输出的视频信号特点。 【实验器材】 光电技术创新综合实验平台一台面阵CCD模块一台 带宽50MHz以上双踪迹同步示波器 一台连接导线若干 【实验原理】 1、CCD的基本功能是信号电荷的产生、存储、传输和检测，以下分别进行介绍。 (1)光电荷的产生 CCD的首要功能是完成光电转换，即产生与入射的光谱辐射量度成线性关系的光电荷。当光入射到CCD的光敏面时，便产生了光电荷。CCD在某一时刻所获得光电荷与前期所产生的光电荷进行累加。称为电荷积分。入射光越强，通过电荷积分所得到的电荷量越大，获得同等光电荷所需要的积分时间越短。 (2)电荷存储 构成CCD的基本单元是MOS(金属一氧化物一半导体)结构。在栅极施加正偏压之前，P型半导体中空穴(多数载流子)的分布是均

CCD工作原理

一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。

要了解CCD的原理，必须对半导体的基本知识有一些了解，可参见附录。

一．CCD的MOS结构及存贮电荷原理

CCD的基本单元是MOS电容器，这种电容器能存贮电荷，其结构如图1所示。以P型硅为例，在P型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层，然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极，P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子，当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。

当器件受到

江海职业技术学院

课程设计报告

实训项目名称： 面阵CCD数字图像处理实验 学 生 学 号： 111050108 学 生 姓 名： 沈 阳 所在系 （部）： 信息工程系 专 业 及班级： 光电1101班 指 导 教 师： 王 坚 完 成 日 期： 2012.12.25-2013.1.5

图像的边缘及轮廓提取实验

一、实验目的

图像的边缘检测与轮廓信息处理实验在图像尺寸检测应用中起着举足轻重的作用。该实验将为工业机器人视觉、非接触二维尺寸测量、图像图形分析等的基础。

二、实验仪器

1.带有USB2.0输入端口的计算机（或GDS-Ⅱ光电综合实验平台），推荐使用WIN2000以上操作系统，使用1024×768分辨率，24或32位真彩显示；

2.YHACCD－Ⅲ型彩色面阵CCD多功能实验仪一台。 三、实验内容

（一）基础理论 基本概念

利用计算机进行图像处理有两个目的，一是产生更适合人观察和识别的

彩色线阵CCD多功能实验仪

YHLCCD－IV

验 指 导 手

天津市耀辉光电技术有限公司www.linearccd.cn

实册

彩色线阵多功能实验仪YHLCCD‐IV型 实 验 指 导 手 册

目 录

产品说明书 ................................................2 设备初始化 ................................................6 软件使用说明 ..............................................8

实验规则及注意事项 ........................................ 11

实验一 线阵CCD原理及驱动 ............................... 12 实验二 线阵CCD特性测量实验 ............................. 15 实验三 线阵CCD输出信号的二值化 ......................... 17 实验四 线阵CCD的A/D数据采集 .......

本科学生实验报告

学号 姓名

学院 物电学院 专业、班级 12级光电子班 实验课程名称 线性CCD特性测试实验 教师及职称

开课学期 至 2015学年 学期

填报时间 年 4 月 日

云南师范大学教务处编印

一、实验设计方案 实验序号 实验时间 实验名称 2 4月13日 实验室 小组成员 同析3栋216 邬建飞 马子芳 张涛 线性CCD特性测试实验 1．实验目的：通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。 2． 实验原理、实验流程或装置示意图 两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图2-1所示： 图2-1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图 每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势

物理与电子信息学院——电子信息实验技术

光电成像器件实验报告

实验题目 姓名 杨智超 实验二 线阵CCD特性测试实验 组别 双2 班级 13光电子班 日期 学号 2016.6.1 134090340 【实验目的】 通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分情况下输出信号的测量，进一步掌握CCD的有关特性，掌握积分时间的意义，以及驱动频率与积分时间对CCD输出信号的影响。 【实验器材】 光电技术创新综合实验平台 1台双踪同步示波器（20MHz以上）1台 线阵CCD模块 1块连接导线 若干 光源特性测量模块 1块CCD光路组件 1套 航空插座连接线 1根 【实验原理】 两相线阵CCD电荷传输原理示意图如图1所示： 图1 两相线阵CCD电荷传输原理示意图 每一相有两个电极（即原理中的一个CCD转移寄存器的MOS电容实际中用两个），这两个电极与半导体衬底间的绝缘体厚度不同，在同一外加电压下产生两个不同深度的势井，绝缘体薄的那个MOS电容比绝缘体厚的那个MOS电容势井深，只要不是过多的电荷引入，电荷总是存于右边那个势井。图b显示了相位相差180O的驱动脉冲Φ1

摘 要

本论文在探讨CCD的基本结构、工作原理、信号处理及其在线阵传感器中的应用的基础上，对线阵检测技术，特别是基于线阵CCD的特征标志线阵检测技术进行了较为广泛和深入的理论研究。本设计是现代检测技术中线阵检测的应用，对声光效应和图像传感器有机结合的一套测试仪。传统线阵检测技术己难以满足检测要求。因此，特征标志线阵检测技术的理论研究及应用研究具有一定学科前沿性，同时，也具有重要和广泛的实际应用前景。本测试仪包括以下几个部分：1、半导体激光发生器，2、超声波发生器，3、线阵CCD器件，4、电路部分，5、数据采集系统，6、计算机系统。半导体激光器产生激光通过受超声波扰动的介质后发生衍射，衍射光进入线阵CCD器件转化为电信号，电信号经过放大处理和A/D 转化后输入到单片机中，最后经过USB100输入到计算机系统进行数据处理。

关键词：声光效应 线阵CCD 线阵检测 半导体激光发生器

3

Abstract

This thesis focuses on the photoelectric testing technology，especially the technology on the characteristic symb

实验十二 利用线阵CCD进行物体外形尺寸的测量

一、实验目的

通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例 探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。

二、实验准备内容

1. 利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理

线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。

CCD 输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD 像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。 当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑 白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其

。根据驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）输出波形，可以测得物体A在像方的尺寸D??，再根据成像物镜的物像关系， 找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸D

D??D??/??

（3-1