CCD图像传感器作为一种新型光电转换器现已被广泛运用于摄像、图像采集、扫描仪以及工业丈量等领域。作为摄像器件，与摄像管比较，CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱相应范围宽、事情电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场滋扰和可靠性高档一系列优点。
CCD是数码相机的电子眼，它改造了拍照术，光可以被电子化地记录下来，取代了胶片。这一数字形式极大地方便了对图像的处理和发送，”诺贝尔奖评比委员会夸奖说，“无论是我们大海中深邃之地，还是宇宙中的迢遥之处，它都能给我们带来水晶般清晰的影像。”
CCD图像传感器发展进程
CCD图像传感器于1969年在贝尔试验室研制成功，之后由日商等公司开始量产，其发展进程已经将近30多年，从初期的10多万像素已经发展至目前主流运用的500万像素。CCD又可分为线型(Linear)与面型(Area)两种，个中线型运用于影像扫瞄器及传真机上，而面型紧张运用于数码相机(DSC)、摄录影机、监视摄影机等多项影像输入产品上。
发明：
伴随着数码相机、带有摄像头的手机等电子设备风靡环球，人类已经进入了全民数码影像的时期，每一个人都可以随时、随地、随意地用影像记录每一瞬间。带领我们进入如此五彩斑斓天下的，便是美国科学家威拉德·博伊尔和乔治·史密斯发明的CCD(电荷耦合器件)图像传感器。
百多年来，伴随着暗箱、镜头和感光材料制作不断取得打破，以及精密机器、化学技能的发展，摄影机的功能越来越强大，利用越来越方便。但是，直到几十年前，人们依然只能将影像记录在胶片上。拍拍照像逐步遍及，但即时欣赏、分享、通报影像还非常困难。1969年，博伊尔和史密斯极富创意地发明了一种半导体装置，可以把光学影像转化为数字旗子暗记，这一装置，便是CCD图像传感器。
发展进程：
CCD图像传感器的发明，实际上是运用爱因斯坦有关光电效应理论的结果，即光照射到某些物质上，能够引起物质的电性子发生变革。但是从理论到实践，道路却并不平坦。科学家碰着的最大寻衅，在于如何在很短的韶光内，将每一个点上由于光照而产生改变的大量电旗子暗记采集并且辨别出来。经由多次试验，博伊尔和史密斯终于办理了上述难题。他们采取一种高感光度的半导体材料，将光芒照射导致的电旗子暗记变革转换成数字旗子暗记，使得其高效存储、编辑、传输都成为可能。大略地说，CCD图像传感器就像是胶片一样，有了它，人们就再不用耗时费力地去冲洗胶片了。
三种CCD图像传感器的优缺陷
CCD(电荷耦合器件)图像传感器体系可分为全帧(FF)、帧传输(FT)和行间传输(IT)三种CCD架构。
全帧(Full-Frame)CCD
半导体区域既可以作为光电元件，也可以作为电荷转移器件，这有点违反直觉，但这正是FF CCD中发生的事情。在集成过程中，像素位置相应入射光子积累电荷，在集成之后，电荷包垂直地通过像素位置向水平移位寄存器移动。
一样平常情形下，我们通过运用精心定时的时钟旗子暗记来得到CCD像素数据，这些时钟旗子暗记依次在器件的电荷传输构造中产生电位阱和电位樊篱。在全帧CCD中，我们须要能够将这些掌握电压运用到同样起光电探测器浸染的区域，因此，栅极电极由透明多晶硅制成。
全帧CCD相对而言比较大略且易于制造，并且它们许可全体CCD表面具有光敏性。这使硅的给定区域中可以包含的像素数量最大化，同时也使每个像素中实际上能够将光子转换为电子的部分最大化。
然而，一个紧张的限定是须要一个机器快门(或一个同步的、短韶光的光源称为频闪)。CCD的光激活区并不会由于你已经决定是时候实行读出而停滞光激活。如果没有在曝光周期完成后阻挡入射光的机器快门，则在(故意)集成期间天生的电荷包将被读出期间到达的光破坏。
这是全帧CCD的基本架构
帧传输(Frame-Transfer)CCD
一样平常来说，我们更喜好用电子办法掌握曝光，快门(像任何其他快速移动的高精度机器设备一样)使设计更加繁芜，终极产品更加昂贵，全体系统更随意马虎涌现故障。在电池供电的运用中，驱动物理物体所需的额外能量也是不可取的。
FT-CCD许可我们保持FF-CCD的一些优点，同时(险些)不须要快门。这是通过将FF CCD分成两个大小相等的部分来实现的。个中一个部分是普通的光敏成像阵列，另一个部分是屏蔽入射光的存储阵列。
在集成之后，用于所有像素的电荷包被快速地传输到存储阵列，然后在存储阵列中发生读出。当读取存储位置时，活动像素可以为下一图像累积电荷，这使得帧传输CCD能够得到比全帧CCD更高的帧速率。
说FT架构险些肃清了快门，由于无快门设计会碰着一个称为垂直涂抹的问题。电荷包从活动像素到存储位置的传输很快，但不是瞬间发生的，因此在垂直传输期间到达传感器的光可以改变图像信息。
FT架构的紧张缺陷是本钱较高，并且相对付图像质量而言面积增大，由于基本上是利用FF传感器，然后将像素数减少两倍。
帧传输CCD在全帧架构中增加了一个存储阵列
线间传输(Interline-Transfer)CCD
我们须要的末了一个紧张的架构改进是将集成电荷快速转移到存储区域，从而将污迹降落到可以忽略的程度。线间传输CCD通过供应与每个光活动位置相邻的存储(和传输)区域的网络来实现这一点。曝光完成后，传感器中的每个电荷包同时传输到非光敏垂直移位寄存器中。
因此，它的CCD能够以最小的拖影实现电子快门，并且像FT-ccd一样，它们可以在读出期间集成，从而保持较高的帧速率能力。然而，如果光生电荷在读出过程中从光活性柱泄露到相邻的垂直移位寄存器中，则可能发生一些涂抹。如果运用程序不须要高帧速率，则可以通过延迟积分直到读出完成来肃清此问题。
线间CCD不须要帧传输CCD中利用的大存储部分，但它们引入了一个新的缺陷：传感器成为将光子转换为电子的效率较低的手段，由于每个像素位置现在都由光电二极管和垂直移位寄存器的一部分组成。换言之，部分像素对光不敏感，因此相对付落在像素区域上的光的量产生较少的电荷。这种灵敏度的丢失通过在传感器上添加将入射光集中到每个像素的光活动区域的眇小透镜而大大减轻，但是这些“微透镜”有其自身的一系列困难。
在行间传输架构中，存储(和垂直传输)区域位于光活性柱之间。
结语：
希望这篇文章能帮助广大读者理解CCD图像传感器，以及能在设计CCD图像传感器时做好权衡。全帧CCD可能看起来是最“原始”的类型，但它们仍旧是不须要高帧速率的系统中的首选，并且可以容忍闪光灯或机器快门的利用。帧传输CCD和线间传输CCD具有更多的用场，在某些运用中具有关键的上风。
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