光电成像原理与技术课程设计精选.doc

　2013-2014第（2）学期理学院实践教学 成绩评定表 实践教学项目 光电成像原理与技术课程设计 专业 信息显示与光电技术 学生姓名 班级学号 评 语 组长签字: 成绩 日期 2013-2014第（2）学期理学院实践教学 任务书 学 院 理学院 专 业 信息显示与光电技术 学生姓名 吴玮奇 班级学号 实践教学项目 光电成像原理与技术课程设计 实践题目 高速高清CCD系统设计 实践教学要求与任务: 能对选题做理论分析，讨论理论可行性。 2．能设计一套切实可行的实验方案，能够验证预期达到的效果。 3．如果数据处理结果不够理想，能够找到问题所在，并提出改进意见。 4．能按要求格式撰写课程设计报告。报告要求格式、正确思路清晰、结构完整、实验数据真实、分析结论正确。对课程设计总体方案要进行详细地说明 5．独立按时完成规定的工作任务，不得弄虚作假，不准抄袭他人内容。 6．在设计过程中，要严格要求自己，树立严肃、严密、严谨的科学态度，必须按时、按质、按量完成课程设计。 工作计划与进度安排: 17周周一—17周周四：选题、收集资料 17周周五—18周周五：撰写开题、报告设计、实验、数据分析 19周周一—19周周四：撰写报告、 19周周四提交报告。 指导教师： 年 月 日 专业负责人： 年 月 日 学院院长： 年 月 日 摘要 随着科学技术的发展以及CCD器件的广泛应用，工业生产、国防、安防以及日常生活中高速高清CCD的需求越来越广泛。传统CCD相机像素低、帧频慢，在速度和清晰度方面有很大的缺陷，无法满足越来越高的使用需求，而高速高清CCD在图像清晰度和帧频速度都有突出的优势，为CCD相机注入了新的发展活力。最近世界各国在高速CCD相机研发领域投入大量的精力并取得了大量的成果，开展高帧频大面阵CCD相机的研制工作具有重要意义。 本文首先对柯达公司生产的逐行转移面阵CCD传感器KAI-01050做了简单的介绍，基于逐行转移CCD的工作原理、电荷转移方式的研究，设计了高速高清CCD系统的一种结构。本文通过对这些关键技术的研究，完成了高速高清CCD系统的设计工作。 关键词：高速摄像，高清CCD  目录 第一章绪论 1 第二章高速高清CCD系统介绍 2 2.1 CCD成像原理 2 2.2 KAI_01050探测器介绍 3 第三章高速高清CCD系统的组成 5 3.1 光学系统设计 5 3.2 电路系统设计 6 第四章结果分析 7 参考文献 8 第一章 绪论 电荷耦合器件(CCD)属于半导体器件，是一种图像传感器，能够把视场内的光学图像转化为电荷并存储在相应的像素中，然后通过读出电路将存储的像元电荷读出，并用外围电路中的模数转换模块转换为数字信号。一个完整的CCD阵列是由一系列的微小光敏物质(像素)组成。CCD图像传感器上拥有的像素数量越多，能够提供的画面清晰度也就越高。CCD器件自1969年在贝尔实验室诞生以来，随着半导体技术的发展，CCD技术也随之得到迅速发展，从当时简单的8像元移位寄存器，到现在已具有数百万、上千万乃至上亿像元。CCD的像元尺寸已经减小到2um以下，在缩小像元尺寸的同时，通过背面光照技术等，使饱和电压和灵敏度也得到提高，在暗电流、读出噪声抑制、抗光晕转移效率等方面也得到了极大的改善。现在的CCD探测器可以探测到短波红外光谱以及一部分紫外光谱，可应用的范围广泛。 CCD和CMOS都是基于MOS结构进行光电转换达到图像采集目的，但是它们对光电转换后的电荷采用不同的处理方式。由于工作方式、结构和制造工艺的差别，与CMOS相比，CCD器件一直有灵敏度高、噪声低等优点。CCD器件拥有光谱响应宽、噪声低、动态范围大、图像畸变小、灵敏度和几何精度高、寿命长、抗冲击、耐震动、抗电磁干扰能力强、坚固耐用、可以长时间在恶劣环境工作、进行数字化处理和与计算机连接方便等优点，在图像采集、工业测控、非接触测量、天文遥感、航空航天、机器视觉、实时监控、军事电子对抗等领域得到了广泛应用，是光电子学和测试技术中最活跃和最富有成果的研究领域之一。 随着科学技术发展和图像采集系统的广泛应用，人们对于图像釆集系统的主要指标：采样速率、分辨率、精度和抗干扰能力等方面，提出了越来越高的要求。CCD探测器作为光电转换式的图像传感器，是现代电子学和现代测试技术中最活跃的传感器，有广泛的应用需求。而大面阵，高帧频的应用需求也在逐步提高。高分辨率、高帧频的高速高清CCD技术的发展越来越受到人们的重视。  第二章 高速高清CCD系统介绍 高速高清CCD系统以柯达公司生产的面阵行间转移CCD “KAI-01050为探测器，该探测器的面阵大小为1024*1024，面阵大，采集到的视频图像清晰。高速高清CCD系统为KAI-