所谓自扫描是相对电子束扫描而言的。 在面阵CCD摄像器件的光敏单元中，电荷的 转移是由加在CCD各电极上的时钟脉冲控制 完成的。而这些时钟脉冲是与电子束扫描形 成光栅的行、场同步脉冲同步的。CCD摄像 器件的电信号读出是依靠电极上的时序脉冲 完成的，不需外加偏转磁场，故称为CCD的 自扫描。
《视频技术基础》第二章
出的信号是连续的，所输出信号的视频频带 带宽决定于电视扫描制式（以后再讨论）。
CCD摄像器件存在一个读出转移过程 ——自扫描方式完成。
《视频技术基础》第二章
行间转移型CCD摄像器件的结构
CCD光敏单元 垂直寄存器
光屏蔽（铝）
水平寄存器 视频 输出
《视频技术基础》第二章
CCD的一个象素分成两个关键部分：一个光敏单 元和一个离散分布垂直寄存器，寄存器不受光照射。
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R0 F0 G0
B0
R0
ER0
光电
G0 光 电 EG0
B0 光 电 EB0
ER
信 号 处 EG 理 与 传 输
EB
《视频技术基础》第二章
RC
F CGC FC
BC
三片式CCD彩色摄像机结构框图
《视频技术基础》第二章
绿色滤色器
蓝色滤色器
光敏单元和滤色器的排列关系
《视频技术基础》第二章
《视频技术基础》第二章
CCD图像传感器工作原理： （1）光－电转换：光敏区（感光区）在光照
下产生光电子，将像素的明暗程度转换成 相应数值的光电荷量； （2）电荷转移：存储区接收感光区产生的光 电荷； （3）自扫描：不依靠外加磁场，由加在CCD 电极上的时钟脉冲控制，对应于各像素的 光电荷按顺序转换成电信号输出，形成视 频信号。
2．3．4 彩色视频信号的产生
要获取彩色视频信号，不能简单采用单片的 CCD像传感器，因为此时CCD像传感器在进行光电 转换时只对光的强弱敏感，也就是说，它只能识别 光强，不能识别波长或光谱。为了得到彩色视频信 号，需要将景物的彩色分解成三种基色光后再分别 投射到三片CCD像传感器上，再由CCD读出各自对 应的三种基色信号。
象素的等效电容在未被扫描期间完成的是 充电过程，在电子束扫描期间完成的是放电过 程。
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CCD图像传感器
1970年出现电荷耦合器件（Charge Coupled Devices，CCD），1987年报告了第 一代广播用CCD摄像机，相继出现SDTV和 HDTV的CCD摄像机。
CCD传感器是一种低电压自扫描器件， 重量轻，隔行析像好大大改善了成像系统的 垂直分辨率。
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2.2.2 光学抽样分析
任何物体在某一方向 L
W
上的光强分布都可以通过
傅立叶变换分解成具有不
同空间频率的周期性变化 0 x
成分，即正弦波光栅。
CCD像感器的光电变换实际
是光敏单元对正弦波光栅的抽样。
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L
u
W
0
x0
t
L uc
0t0Biblioteka x《视频技术基础》第二章
光学抽样分析
红色滤色器 光敏单元
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电荷转移（耦合）
UA
<
UB
P型硅
光敏单元 光
电荷转移单元
完成光/电转换
完成电信号传输
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信息拾取
CR1 CR2 OG
N＋
P-Si
VR
RS
A
Id R
输出 信号
UD
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2. 2 CCD像感器的抽样原理
2.2.1 概述 电子束扫描的摄像器件在水平方向上输
要求CCD光敏单元所进行的光－电转换 必须满足抽样定理。即
Fs ≥2 F0 Fs ——CCD光敏单元水平方向的重复频率 F0——光信号的最高空间频率
CCD的象素数是影响CCD摄像机分辨率 的主要因素。
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2. 3 CCD的光－电转换
面阵CCD摄像器件的三种基本结构
光敏区 存储区
(a)
在场扫描正程期间，光敏单元积累的电荷正比于 投射到光敏面上的光子。
在场消隐期，光敏单元的电荷迅速转移到相邻的 垂直寄存器中。
在下一个场正程期间，在光敏单元积累电荷的同 时，垂直寄存器的电荷在行逆程逐行向水平移位寄存 器转移，每个行周期只转移一行；从水平移位寄存器 顺序读出一行象素电荷，输出视频图像信号。
FT－CCD
(a)帧转移型面阵CCD
(b)
IT－CCD
(c)
FIT－CCD
（b）行间转移型面阵CCD （c）帧行间转移型面阵CCD
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FT－CCD（帧转移型）结构及其自扫描
FT方式 P1
P2 P3
感感光区光区
V1 V2
V3
TG
存存储区储 区P1
视频 输出
H1 H2 H 3 水平区
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OG
要传输一幅平面图像，首先由CCD的光 敏单元将连续的空间光学图像分解，然后将 每个象素进行光电转换，将该象素所对应的 电信号顺序转换出去，形成视频信号。在FTCCD结构中，电荷从上到下，从左到右的转 移，它是由加在CCD各电极上的时钟脉冲控 制完成的。
《视频技术基础》第二章
《视频技术基础》第二章
由于靶平面的横向电阻远远大于靶剖面 的纵向（光传播方向）电阻，靶面的电荷不 会横向扩散。
利用有一定截面积的电子束扫描靶的内 侧，靶面被分解成若干独立的单元象素。每 个象素可等效一个光敏电阻和一个电容，电 荷被存储在等效电容中。
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当电子束射向靶且扫过靶上的某一象素 时，等效电容上的电荷通过电子束，阴极， 信号电极，外接负载电阻RL，靶压电源放电， 在负载电阻RL形成视频信号输出。
摄像管
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光电转换原理示意图
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摄像管成像的机理
利用光电导材料将光像变成电荷像，再 通过电子束扫描拾取电荷，变成图像信号。
无光照射时，光敏半导体材料体电阻很 大；有光照射到靶面外层，光敏半导体材料 的电阻变小，且变化量与光通量成正比。
利用这一特性，通过镜头在靶面外侧形 成的光学图像，变成光敏材料的电阻构成了 电荷像。
电视成像原理与 视频信号的产生
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2. 1 概述
要实现图像信息的传输，需要将景物的光图像 转换成图像电信号。
（1）光——电转换过程是依靠摄像器件（含 光学镜头）完成的。
（2）像素：将一幅空间上连续的黑白图像分 解成许多小单元， 称为像素。
（3）扫描：将图像分解成像素后顺序传送。
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