數字工業相機的光電轉換

數字工業相機按照芯片類型可以分為CCD相機和CMOS相機。目前用于數字圖像處理較普遍的CCD相機一般由兩部分組成：圖像獲取單元和圖像輸出單元。
   在圖像獲取中，與顯像管比較，CCD芯片由獨立的光敏元件構成，每一個光敏元件表示一個像素，因此能夠傳輸二維的離散圖像。而且體積、重量都比較小，具有高動態、高線性，對機械、磁場、光影響不敏感。并且由于市場的大量生產，CCD相機也相對便宜一些。CCD的突出特點是以電荷作為信號，而不同于其他大多數器件是以電流或者電壓為信號。
那么CCD是怎樣實現光電轉換的呢？如下圖所示，可以形象地喻為往井或桶內注水，因而半導體物理中用“勢阱”的概念描述用來收集光激發電荷的積分區域，其中單個像素所能存儲的最大光電荷量（不向其鄰近像素溢出），也稱為“滿阱容量”。CCD的光敏單元收集光子與產生的電子數目有良好的線性關系，通常來說，2個光子產生一個電子，在輸出單元50000個電子產生一個1伏的視頻信號，增益為1：1。

             由于熱效應產生附加的光子，即暗電流，就會產生不期望的噪聲。因此采用CCD芯片這種非穩態結構不用照明，普通的CCD即使在室溫的條件下一分鐘內就可完全充滿電子，而且大約溫度每增加7攝氏度,暗電流就會加倍，這就是說芯片的溫度升高，噪聲就會急劇增加。因此，為了控制暗電流，控制一個比較短的曝光時間非常重要。
                           　　   
                                         
傳統控制曝光時間的方法是利用機械快門，而如今CCD芯片多采用電子曝光控制，即電子快門。在手工操作模式，用戶通常可以選擇比如1/50、1/100、1/500秒的一些離散的快門速度（積分時間）；而在自動電子快門模式快門速度能夠根據入射光的強度自動調整。如果光的強度太弱，則可以通過長積分時間模式或控制增益的方式來增強弱的CCD信號