CCD三种电荷转移方式解析

石鑫华视觉

    CCD是目前机器视觉最为常用的图像传感器。它以电荷为信号，通过光电的转换，经过输入、转移、输出成图像信号，以便于对图像的分析处理。是集光电转换及电荷存贮、电荷转移、信号读取于一体，典型的固体成像器件。

    机器视觉CCD总共有三种电荷转移方式，分别为帧转移（FT）方式、行间转移（IT）方式和帧行间转移（FIT）方式。对于整个机器视觉系统来说，CCD的电荷转移是实现图像处理的重要环节。

    帧转移方式CCD，是机器视觉CCD中结构最为简单、制作最为容易的一种。FT CCD早年被认为是一种非常不错的CCD结构，尽管其尺寸是其感光区域的2倍，但它的性能较光电摄像管而言有了多方面的改进。

    像素上的电荷积累情况与光照的时间是相关联的，即使在垂直消隐期间的垂直传输过程中，像素上的电荷积累也会发生，因此，就产生了一种垂直拖尾的现象。这种现象主要表现为一条通过高光点的上下的垂直线，我们把这种现象称为传输拖尾。传输拖尾对于帧转移方式CCD来说，属于一个较严重的问题。如果想要防止传输拖尾，唯一的方法就是在垂直传输期间将光线挡住，在早期使用CCD帧转移方式的摄像机上的确有这种装置，但是随着CCD技术的发展，也已经逐步出现了新的改进措施。

    行间转移方式CCD，将感光矩阵和存储矩阵交叉成为一个单一的矩阵。这种结构，每个像素包含两个并列的CCD细胞，其中的一个细胞用来感光，而另一个被遮挡的细胞则用来组成垂直移位寄存器，这种结构就解决了传输拖尾对机器视觉CCD的影响。但是，由于垂直移位寄存细胞的周围泄露出来的一些光或者是像红光那样的长波光很深地穿入底层从而产生电荷，而这些电荷又转移到了垂直移位寄存器中，因此，在高光区仍然存在类似于传输拖尾的影响，我们称之为垂直拖尾。相比而言，垂直拖尾虽然很像是传输拖尾，但产生它所需要的高光水平相对却要低的多。

    帧行间转移方式CCD，顾名思义是针对帧转移方式CCD与行间转移方式CCD的结合，是目前机器视觉CCD的最佳转移方式。帧行间转移方式CCD的电荷积累工作方式与行间转移方式是相同的，因此，同样很好的规避了传输拖尾的影响。同时，由于其像素电荷在垂直消隐期开始时就被移入到垂直移位寄存器中，而垂直消隐进行时，这些电荷就又被迅速地转移到下半部分遮光的储存寄存器中，整个过程非常迅速，因此，垂直拖尾现象也就得到了很好的解决。