CCD是一種“帶電耦合設(shè)備”，由與計算機(jī)芯片相同的材料制成。CCD背后的原理與愛因斯坦獲得諾貝爾獎的原理是一樣的，即光電效應(yīng)。

人們發(fā)現(xiàn)硅酮暴露在光線下會釋放電子。通過將幾塊電子器件連接到硅膠芯片上，就可以制作出CCD。順便說一句，CCD是由貝爾實(shí)驗(yàn)室在1970年發(fā)明的——那時企業(yè)還相信純研究。

上圖所示的CCD(來自SBIG的圖片)顯示的是一個1024x1024的CCD。1024是每行和每列的像素數(shù)。對于總像素磅，使用矩形面積的公式-或行x高度= 1048576像素。這是一個合格的“百萬像素”CCD芯

CCD是由更小的稱為像素的部分或圖像元素組成的。CCD芯片的分辨率是像素的總數(shù)。它們是按行和列組織的。當(dāng)CCD接收到光線時，每個像素就會收集一個電荷并將其存儲起來，直到圖像下載完畢。

如上圖所示，每次讀取一行像素的電荷。下面的圖片展示了如何從CCD讀取數(shù)據(jù)的類比。

有許多定義用于定義CCD的功能。其中最重要的是量子效率，也就是芯片的見光能力。CCD優(yōu)于膠片的一個因素是它的線性能力——兩倍的曝光意味著兩倍的光線，而不是膠片的互易性失效。量子效率定義為百分率為100，可以用圖形形式產(chǎn)生:

這個圖也演示了從背面照明到正面照明。這些是定義CCD芯片方向的術(shù)語。CCD表面涂有硅樹脂，通常正面比背面厚。這有兩個目的:保護(hù)和穩(wěn)定。它發(fā)現(xiàn)芯片翻過來允許更直接的像素元素,和剃須額外硅膠從后面允許光達(dá)到像素,但是這個過程是確切的,結(jié)果在許多失敗芯片的成本——因此在某些情況下,通常的芯片的兩倍。但圖表說明了一切，他們更敏感。另一種CCD被稱為“反開花”。如果一個像素存儲了過多的電子，它們就會溢出，導(dǎo)致圖像過度曝光。

上面的例子說明了開花的作用。一個“反開花”的CCD包含了限制這種行為的電子元件，但限制了對芯片光線的把握。

描述CCD的其他術(shù)語:

ABG -防開花閘板-減少開花效果

模數(shù)轉(zhuǎn)換器-模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器-轉(zhuǎn)換電子信號到二進(jìn)制信息

模擬到數(shù)字單元-從一個CCD的一個計數(shù)

偏置- CCD的背景電平

偏置幀-一個單獨(dú)的圖像用來對抗來自圖像的偏置

電荷傳輸效率-電子傳輸電子信號的能力

暗電流-熱噪聲由于熱建立在芯片

暗幀-用來對抗暗電流的效果的圖像

平場-用于定義CCD缺陷的圖像

全幀設(shè)備——CCD的整個區(qū)域都暴露在光線下

幀傳輸裝置-只有一半的CCD暴露在光線下

增益-每ADU的電子數(shù)

Lumigen -熒光涂料用于提高UV響應(yīng)

超掃描-讀出比圖像更多的像素，用于校準(zhǔn)

QE -量子效率

飽和-開花的另一個名字

移位寄存器-在CCD周圍移動電荷的機(jī)制

讀出噪聲-像素的精度可以測量電荷

讀出寄存器-電荷測量的位置

誘捕位點(diǎn)-在CCD上阻止電子流動的缺陷

井深-一個像素在飽和或開花前可以容納多少電子

有幾個術(shù)語可能會引起你的注意:暗框、平場和偏置框。這些是在正常圖像之外拍攝的圖像。這些的目的是為了額外的校準(zhǔn)和減少。由于CCD的圖像是數(shù)字的——因此是二進(jìn)制的——圖像中的任何缺陷都可以通過縮小技術(shù)來消除。通過從一幅圖像中減去黑暗、偏置和平面幀，就會得到一幅更好(也更準(zhǔn)確)的圖像。

在機(jī)器視覺檢測和人工智能視覺技術(shù)領(lǐng)域，CCD的應(yīng)用也是很廣泛的。