光电技术实验-线阵CCD原理及应用实验指导书

实验5 线阵 C CD 应用实验电荷耦合器件（Charge coupled devices）是70年代初期发现的新型集成光电传感器件。

它有线阵列与面阵列两种基本类型，各有不同的工作原理与特性。

它们的应用为机器视觉领域的改革创新立下了汗马功劳，使机器有了获取70%以上信息的能力，加之它易于与计算机配合，使机器安装“眼睛”与“大脑”成为可能，使机器走向自动化、智能化的趋势进入现实阶段。

线阵CCD的工作原理简单，易于掌握，而它在机器视觉领域的地位举足轻重。

线阵CCD 通常用于工业领域的非接触自动检测设备上，尤其是自动化生产过程或生产线上，用作在线非接触光电检测设备或俗称为“电眼”。

非接触检测物体的尺寸、运动速度、加速度、运动规律、位置、面形、粗糙度、变形量、光学特性变化、条码信息和其他应用。

本实验共有9 项实验容，前2 项实验属于原理性或认识性实验，实验3~9 属于典型应用的实验，学生通过这些代表性的应用实验能够充分认识与理解线阵CCD 在工业领域非接触测量工作中的重要地位。

（一）线阵CCD 原理与驱动特性一、实验目的1、掌握彩色线阵CCD开发应用实验仪的基本操作和功能。

2、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等测量方法。

3、通过对典型线阵CCD 驱动脉冲的时序和相位关系的观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其要掌握RS 复位脉冲与CR1、CR2 驱动脉冲间的相位关系，分析它对CCD输出信号的影响。

SH转移脉冲与CR1、CR2驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的几个过程。

二、实验仪器1.LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；2.装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机一台；3.双踪迹同步示波器（推荐使用数字示波器，带宽应在50MHz以上）一台；三、实验容及步骤1．实验预备（1）首先将示波器的地线与实验仪上的接地线连接好，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入交流220V电源插座上；（2）取出双踪迹同步示波器的测试探头待用；（3）打开示波器的电源开关，选择自动测试方式（按下示波器右上角“自动设置”按钮），旋转“垂直设置”旋钮，调整显示屏上出现的扫描线处于便于观图1-1线阵CCD的参数设置界面察的位置；（4）通过USB总线将实验仪与计算机或GDS-Ⅲ实验平台的USB输入端口相连；（5）将LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪的电源开关打开，红色指示灯亮；（6）启动计算机，打开桌面上的快捷方式“线阵CCD”，点击“1-LV”，弹出如图1-1所示的执行界面，点击需要设置的参数，该参数会以较大数字显示在下方，用鼠标点击“设置”，完成设置工作。

光电成像原理与应用实验指导书实验一线阵 CCD原理及驱动实验一、实验目的1、掌握本实验仪的基本操作和功能。

2、掌握用双踪影示波器观察二相线阵CCD 驱动脉冲的频次、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的丈量方法。

3、经过对典型线阵CCD 驱动脉冲的时序和相位关系观察，掌握二相线阵CCD 的基本工作原理，特别是复位脉冲CCD 输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。

二、实验前准备内容1、学习线阵CCD的基本工作原理（参照《图像传感器应用技术》教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书。

2、学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理与驱动波形图（参照附录）。

3、掌握双踪影示波器的基本操作方法，特别是它的同步、幅度、频次、时间与相位的丈量方法。

4、依据线阵相位关系，理解线阵CCD 的基本工作原理，观察转移脉冲CCD 的并行转移过程。

观察F1与SH 与 F1（ CR1）、 F2（ CR2 ）的F2 及 F1 与 CP、 SP、RS 间的相位关系，理解线阵CCD的串行传输过程和复位脉冲RS 的作用。

5、丈量CCD在不一样驱动频次的状况下的F1与F2、 F1、 RS 的周期与频次值，以及它的行周期（FC ）值。

三、实验所需仪器设施1、双踪影同步示波器（带宽50MHz 以上）一台。

2、彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD －IV 一台。

四、实验内容及步骤1．实验预备（1）第一将示波器地线与实验仪上的地线连结优秀，并确认示波器和实验仪的电源插头均已插入沟通 220V 的电源插座上；（2）拿出双踪影同步示波器，将电源线插入沟通 220V 的电源插座上，测试笔（或称探头）分别接入测试输入端口；翻开示波器的电源开关，选择自动测试方式，调整显示屏上出现的扫描线处于便于察看的地点；（3）将示波器的两个测试笔分别接到示波器的标准输出信号输入端子长进行校准；（4）翻开YHLCCD－IV的电源开关，察看仪器面板显示窗口，数字闪耀表示仪器初始化，闪耀结束后显示为“000”字样，前两位数表示积分时间品位值，末位数表示 CCD 的驱动频次档位值。

线阵CCD的工作原理是：在曝光过程中，光子被转换为电荷并存储在感光元件中；在读出过程中，电荷被传递到邻近的单元电荷耦合器，并通过模拟转换器转换为电压信号。

线阵CCD由许多单元电荷耦合器(Charge Coupling Gate)和电荷传递门(TransferGate)组成。

每个单元电荷耦合器都包含一个感光元件和一个存储电容器，在这种排列下，形成了一个传输信号的通道。

线阵CCD的工作分为曝光和读出两个阶段。

在曝光过程中，CCD暴露在光线下，光线通过光透过层进入CCD 感光元件中。

每个感光元件都是由一个PN结和一个电荷存储结构组成。

当光线照射在PN结上时，光子将引起PN结内部的电子与空穴对的产生。

由于PN结的性质，电子将被吸收并储存在感光元件中。

因此，光子的能量被转换为电荷。

接下来是读出过程。

在读出过程中，各个感光元件存储的电荷逐个传递到邻近的单元电荷耦合器中。

这个过程主要通过电荷传递门来实现。

线阵CCD通常采用逐行读出的方式。

最后通过模拟转换器将电荷转换为电压信号。

实验一线阵CCD原理及驱动一、实验目的①掌握本实验仪的基本操作和功能；②掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动脉冲的频率、幅度、周期和各路驱动脉冲之间的相位关系等的测量方法；③线阵CCD驱动脉冲的时序和相位关系观测，掌握二相线阵CCD的基本工作原理，尤其是复位脉冲CCD输出电路中的作用；转移脉冲与驱动脉冲间的相位关系，掌握电荷转移的过程。

④通过对典型线阵CCD在不同驱动频率和不同积分时间下的输出信号测量，进一步掌握线阵CCD的有关特性，加深对积分时间的意义的掌握，以及驱动频率和积分时间对CCD输出信号的影响。

理解线阵CCD器件的“溢出”效应。

二、实验前准备内容①学习线阵CCD的基本工作原理（参考有关教材），阅读双踪迹示波器的使用说明书；②学习TCD2252D线阵CCD基本工作原理（参考附录）；③掌握双踪迹示波器的基本操作；④根据线阵CCD的基本工作原理，观测转移脉冲SH与F1（CR1）、F2（CR2）的相位关系，理解线阵CCD的并行转移过程。

观测F1与F2及F1与RS间的相位关系，理解线阵CCD 的串行传输过程和复位脉冲RS的作用；⑤测量驱动频率的不同调整档下的F1与F2、F1、RS的周期与频率以及CCD行（FC）周期为以下实验做准备。

三、实验所需仪器设备①双踪迹同步示波器（带宽50MHz以上）一台；②彩色线阵CCD多功能实验仪YHLCCD－IV一台。

四、实验内容及步骤1．实验预备①首先将示波器地线与实验仪上的地线连接好，并确认示波器和实验仪的电源插头均插入交流220V插座上；②打开示波器电源；③打开YHLCCD－IV的电源开关，观察仪器面板显示窗口，数字闪烁表示仪器初始化，闪烁结束后显示为“00 0”字样，前两位表示积分时间档次值，共分为32档，显示数值范围由“00”~“31”，数值越大表示积分时间越长。

末位表示CCD的驱动频率，分4档，显示数值范围“0”~“3”，数值越大表示驱动频率越低。

CCD技术及应用实验：利用线阵CCD进行物体尺寸测量一、实验目的通过本实验掌握利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理和方法，用实例探讨影响测量范围、测量精度的主要因素，为今后设计提供重要依据。

二、实验准备内容1.利用线阵CCD进行非接触测量物体尺寸的基本原理线阵CCD的输出信号包含了CCD各个像元所接收光强度的分布和像元位置的信息，使它在物体尺寸和位置检测中显示出十分重要的应用价值。

CCD输出信号的二值化处理常用于物体外形尺寸、物体位置、物体震动（振动）等的测量。

如图3-1所示为测量物体外形尺寸（例如棒材的直径D）的原理图。

将被测物体A置于成像物镜的物方视场中，将线阵CCD像敏面恰好安装在成像物镜的最佳像面位置上。

当被均匀照明的被测物体A通过成像物镜成像到CCD的像敏面上时，被测物体像黑白分明的光强分布使得相应像敏单元上存储载荷了被测物尺寸信息的电荷包，通过CCD及其驱动器将载有尺寸信息的电荷包转换为如图3-1右侧所示的时序电压信号（输出波形）。

根据输出波形，可以测得物体A 在像方的尺寸D'，再根据成像物镜的物像关系，找出光学成像系统的放大倍率β，便可以用下面公式计算出物体A的实际尺寸Dβ/=（3-1）D'D显然，只要求出D'，就不难测出物体A的实际尺寸D。

线阵CCD的输出信号U O随光强的变化关系为线形的，因此，可用U O模拟光强分布。

采用二值化处理方法将物体边界信息（图3-1中的N1与N2）检测出来是简单快捷的方法。

有了物体边界信息便可以进行上述测量工作。

2.二值化处理方法图3-2所示为典型CCD输出信号与二值化处理的时序图。

图中FC信号为行同步脉冲，FC的上升沿对应于CCD的第一个有效像元输出信号，其下降沿为整个输出周期的结束。

U G为绿色组分光的输出信号，它为经过反相放大后的输出电压信号。

为了提取图3-2所示U G的信号所表征的边缘信息，采用如图3-3所示的固定阈值二值化处理电路。

实验一面阵CCD尺寸测量实验一、实验目的①用面阵CCD摄像头与图像数据采集系统测量实际物体外形尺寸是CCD最广泛应用的领域，在尺寸测量应用中存在着许多实际问题。

如何将这些实际问题分解成一个个的分立问题是学习和掌握该方法的关键。

本实验采用标准几何图形代替实际被测物，可以将一些不必要的问题排除在外，突出主要问题；②通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量的基本方法；③通过对标准图形的点、线、面的测量过程掌握应用面阵CCD进行尺寸测量，掌握测量范围、精度和测量时间等问题。

二、实验准备内容复习矩形、圆、三角形等典型几何图形的点、线、面的基本计算公式。

三、实验所需仪器设备①带有USB2.0输入端口的计算机；②MXY6001彩色面阵CCD多功能实验仪一台。

四、实验内容及步骤1、开机过程①将被测的标准图片实心圆安装在“被测物夹持架”上，将USB接口线正确连接到计算机上；②将外置面阵CCD摄像机的镜头盖打开；③打开实验仪的电源开关；④将视频切换按钮按下，切换指示灯点亮表明采集外置CCD摄像机的图像信号；⑤运行“面阵CCD尺寸测量实验”程序；⑥点击“连续”按钮，将显示外置摄像头所采集到的图像，如图1.1，调整CCD摄像头与测量图片的相对位置使计算机显示的图像尽量清晰，在图像上移动鼠标，则软件右上方的“鼠标当前位置及灰度”区域的文本框将显示图像当前位置点及灰度值。

图1.1尺寸测量界面2、关于点数据的测量单击“停止”按钮，然后在图像上移动鼠标，观察实心圆的灰度值和背景灰度值，选择合适的阈值（介于背景灰度和实心圆灰度之间，稍大于实心圆的灰度值），并设置待测的行和列，点击如图1.1所示的“计算”按钮，将在“测量结果”区域显示计算的水平尺寸（待测行的尺寸）和垂直尺寸（待测列的尺寸）。

3、比例系数的计算如果已知圆的直径和对应的像元个数，那么就可以在“比例系数”区域的两个文本框输入对应的值，然后点击“计算”比例系数，就可以计算当前物像关系下的比例系数，然后再单击“计算”尺寸按钮就可以计算出被测物的实际尺寸。

内容简介光电信息技术以其极快的响应速度、极宽的频宽、极大的信息容量以及极高的信息效率和分辩率推动着现代信息技术的发展，从而使光电信息产业在市场的份额逐年增加。

在技术发达国家，与光电信息技术相关产业的产值已占国民经济总产值的一半以上，从业人员逐年增多，竞争也越来越强烈。

为适应形势的发展需求，不少高等学校相继增开设了光电信息类专业或院系，以改变光电信息类人才短缺的现实。

基于这样的形势，我司为满足所有学校新增光电信息专业的教学需求，在参考了《光电技术与实验》（北京理工大学出版）、《光电技术》（浙江大学出版）等教材后开发出本套适用于《光电技术》课程的实验仪器设备，来提高我国光电信息人才的实际应用能力。

本实验系统与理论紧密结合，注重实用，可作为测控技术与仪器、物理电子技术、仪器仪表、自动控制、精密仪器及办公自动化等专业本科生、研究生和有关科技人员课堂实验和研究。

因时间仓促，书中有不当之处，殷切希望广大老师给予批评指正！目录实验一 LD/LED的P-I-V特性曲线测试......................... - 4 -实验二光电探测原理实验 ................................... - 13 -光电探测原理实验仪说明 (13)实验指南 (15)实验（一）光照度测试实验 (15)实验（二）光敏电阻特性测试实验单元 (18)实验（三）光电二极管特性测试实验单元 (24)实验（四）光电三极管特性测试实验单元 (32)实验（五）光电池特性测试实验单元 (37)实验三光电探测器直流特性测试............................. - 44 -实验四光纤端面处理、耦合及熔接........................... - 48 -实验五光纤衰减系数的测试 ................................ - 54 -实验六光电倍增管特性参数的测试........................... - 58 -实验七 CCD原理及应用实验................................. - 63 -实验（一）CCD驱动测试实验.. (64)实验（二）CCD特性测试实验 (70)实验（三）CCD输出信号的二值化处理实验 (72)实验（四）线阵CCD的AD数据采集 (73)实验（五）线阵CCD软件二值化及物体宽度的测量 (75)实验八电光调制 .......................................... - 78 -实验九红外光电检测创新实验平台........................... - 84 -实验（一）主动式光电报警系统实验 (85)实验（二）被动式光电报警系统实验 (91)实验（三）锁相环实验 (93)实验（四）主动式光电报警系统电路搭建实验 (96)实验（五）被动式光电报警系统电路搭建实验 (102)实验（六）锁相环电路搭建实验 (105)实验十光电定向实验 ...................................... - 108 -实验十一偏振光原理及应用实验............................. - 119 -实验（一）偏振光的产生与鉴别.. (120)实验（二）椭圆偏振光和圆偏振光 (123)实验（三）测量布儒斯特角 (128)光电技术原理 ......................................... - 130 -ZY-YSLD3125型LD激光二极管. (131)ZY-YSLED3215型LED发光二极管 (133)ZY-LDT-5412型LD/LED温控器 (135)ZY-GY-7A型亮度可调卤素灯 (136)ZY-WDX型棱镜单色仪 (137)ZY-WGD-3型组合式多功能光栅光谱仪 (147)ZY-CJQ型积分球 (148)ZY-AV33012型光纤切割刀 (150)ZY-AV6491E型光纤熔接机 (153)ZY-CFS-2型光纤剥皮钳 (157)ZY-AD/B-FC型裸纤转接器 (158)ZY-GT111/112型四象限光电探测器 (159)ZY606型LD/LED电流源 (160)ZY-931A型光电倍增管 (163)ZY12208C型电光调制器 (165)实验一 LD/LED 的P-I-V 特性曲线测试一、实验目的1、通过测量LD 半导体激光器阈值电流、LED 发光二极管和LD 半导体激光器的输出功率－电流（P-I ）特性曲线和电压－电流（V-I ）特性曲线，计算阈值电流（Ith ）和外微分量子效率，从而对LED 发光二极管和LD 半导体激光器工作特性有个基本了解。

ccd的工作原理与应用实验报告简介该实验报告旨在探讨CCD（电荷耦合器件）的工作原理以及其在实际应用中的意义和优势。

CCD是一种集成电路，用于将光信号转化为电子信号，并进行高效的图像传感。

本报告将介绍CCD的原理、工作流程以及其在摄影、天文学和医学领域的应用。

CCD的工作原理CCD的工作原理基于光电效应和电荷传输。

当光子进入CCD表面时，它们会击中半导体材料，并产生光电子。

这些光电子会被吸引到表面的电荷传输区域，并被移动到CCD电荷传输通道中。

在传输通道中，光电子将被一个接一个地传输到输出端。

最后，输出端会将电荷转化为电压信号，以供后续处理和分析。

CCD通过使用逐行扫描的方式进行图像捕捉。

每行的像素的电荷将被逐行传输，最终形成一张完整的图像。

通过调整电荷传输的速度，可以控制图像的曝光时间和帧率。

CCD的工作流程CCD的工作流程可以概括为以下几个步骤：1.光子击中CCD表面：光子进入CCD表面，并被半导体材料吸收。

2.光电子的产生：光电子通过光电效应在半导体材料中产生。

3.光电子的吸引和传输：电子被表面的电荷传输区域吸引，并逐个传输到CCD的电荷传输通道中。

4.电荷传输：电子在电荷传输通道中移动，并被传输到输出端。

5.电荷转化为电压信号：输出端将电荷转化为电压信号，以供后续处理和分析。

CCD的应用CCD在各个领域都有广泛的应用，下面将介绍CCD在摄影、天文学和医学领域的应用情况。

摄影领域CCD作为数码相机的核心技术之一，广泛应用于摄影领域。

它的优势在于高分辨率、低噪声和对细节的准确捕捉。

CCD还具有快速曝光时间和高色彩还原度的特点，使其在摄影领域中得到了广泛的应用。

天文学领域CCD在天文学观测中起着重要的作用。

天文学家使用CCD来捕捉星系、行星和其他天体的图像。

由于CCD具有高灵敏度和低噪声特性，它能够捕捉到微弱的光信号，并呈现出细节丰富的图像。

医学领域在医学领域，CCD广泛应用于医学成像。

例如，X光片和核磁共振成像（MRI）等医学影像学技术都使用CCD来捕捉和处理图像。

光电传感器实验CCD应用技术指导-III-1U0锁存器 1锁存器 2计算机数据总线UDN1N2tSP计数器计算机地址总线前沿检取UDFtφCU0二值化整形总线译码器后沿检取t图6-2 图6-3将M行数据存储完毕后用绘图软件将所存的M个中心点位置的数据在以时间为横坐标的坐标轴上标出，便可得到被测物体的振动曲线，振动波形曲线很容易算出被测物体振动的幅度、周期、频率和初相位。

三、实验所用仪器设备1、计算机一台(带ISA总线)。

2、AD103GH-AT数据采集接口卡一块。

3、CCD多功能实验仪-III一台。

4、双踪迹示波器一台。

四实验内容及步骤1、先用双踪迹示波器调整好多功能实验仪，使其处于正常工作状态后，设定实验仪的驱动频率和积分时间，并用示波器准确地测出其行周期。

2、将AD103GH-AT数据采集卡插入计算机ISA总线插槽内，注意一定要在关闭计算机的情况下插卡。

3、将AD103GH-AT数据采集卡与CCD多功能实验仪-III用专用线接好，注意要在关闭计算机的情况下连线。

4、打开计算机的电源开关，先进入尺寸测量实验程序，测出实验板的缝宽，2mm或3mm。

5、进入物体振动实验程序。

进入程序后，请按菜单提示要求进行操作，首先设置所要测量的波形的测量点数M；再设置二值化阈值电平Uth之后，用手沿平行于多功能实验仪CCD入射窗的方向摆动实验板窄缝，产生振动的光信号。

然后执行振动测量程序，经过一段时间的采集后，计算机将自动地显示实验板窄缝的振动波形，从波形上可以分析计算出其振幅、频率和初相位。

五实验结果及实验报告实验完成后，将计算机所测得的数据打印出来，以时间为横坐标，以1048像元值为纵坐标的零点，将测得的每个数据标在这个坐标轴上，便可得到所测得的振动波形，再与计算机画出的波形相比较。

写出这个实验的心得体会。

16171819实验八面阵CCD实验面阵CCD是当前应用最广泛的CCD器件，它常被用于监控系统、保安、防范、交通指挥、摄录像和数码照相等领域。

线阵CCD一、概述电荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device)是一种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体器件，它是由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith在1970年前后发明的。

它经历了以研究为主的发展阶段，在五年左右的时间内，建立了以一维空阱模型为基础的CCD基本理论，这个理论与实验结果大致相符，并满足了指导器件进一步发展的需要。

与此同时，依靠成熟的MOS集成电路工艺，CCD迅速从实验室走向了市场。

CCD在影像传感、信号处理和数字存储等三大领域中的广泛应用，充分显示出它的巨大潜力，在微电子学技术中独树一帜。

CCD已被普遍认为是七十年代以来出现的最重要的半导体器件之一。

和同样功能的电真空器件相比，CCD作为一种自扫描式光电接收器件，它有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点。

因此它在科研、教育、医学、商业、工业、军事及消费等诸多领域都得到了广泛应用，已经成为图像采集及数字化处理必不可少的器件。

信息时代离不开语言、文字、图像的实时获取与交流。

如果把多媒体、各种网络和信息高速公路作为一个整体，那么CCD是它们的眼睛，是全球实时信息技术的关键器件。

当前我们的CCD生产技术相对较弱，也缺乏一种完善的测试、评价CCD性能的系统。

而CCD的种类越来越多，应用越来越广，如何正确地选择和使用CCD 是我们所要面对的问题。

根据我们的调查，还没有发现国内关于如何测试和评价CCD性能方面的研究结果。

二、发展状况CCD图像传感器经过30多年的发展目前己经成熟。

从最初简单的8像元移位寄存器发展至今，己经具有数百万甚至数千万像元。

CCD技术及相关的测试技术也有了巨大的改进。

最早出现的CCD为表面沟道型。

该表面构造可在Si-SiO2界面附近产生阻碍电荷运输的“陷阱”，从而降低了电荷传输效率。

线阵ccd工作原理
线阵CCD（Charge-Coupled Device）是一种光电转换器件，工作原理如下：
1. 感光：当入射光照射到线阵CCD上时，光子会撞击到CCD
的敏感区域，激发出电子。

2. 移动：线阵CCD上的电子会被电场作用力控制，逐个储存
在CCD中的储存单元中。

电子在储存单元之间通过电荷耦合
传输（charge-coupling）的方式进行移动，并最终被传输至读
出端。

3. 读出：当所需的一行电子被传输至读出端时，它们会被转换为电压信号，然后通过放大和解码，以数字形式输出。

4. 重复：一旦一行电子被读出，该行上的储存单元就会清空，为下一行接收新的电子做准备。

整个过程不断循环，直到所有行的电子都被读出。

线阵CCD通过将入射光转换为电子信号，再将电子信号转换
为数字信号，实现了对光信号的捕捉和数字化，从而实现了图像的获取和处理。

线阵CCD具有灵敏度高、噪声低、快速响
应等优点，广泛应用于数字相机、扫描仪以及工业检测等领域。

线阵CCD原理及应⽤报告线阵CCD⼀、概述电荷耦合器件(CCD, Charge Coupled Device)是⼀种以电荷包的形式存储和传递信息的半导体器件，它是由美国贝尔实验室的W. S. Boyle和G.E. Smith 在1970年前后发明的。

它经历了以研究为主的发展阶段，在五年左右的时间内，建⽴了以⼀维空阱模型为基础的CCD基本理论，这个理论与实验结果⼤致相符，并满⾜了指导器件进⼀步发展的需要。

与此同时，依靠成熟的MOS集成电路⼯艺，CCD迅速从实验室⾛向了市场。

CCD在影像传感、信号处理和数字存储等三⼤领域中的⼴泛应⽤，充分显⽰出它的巨⼤潜⼒，在微电⼦学技术中独树⼀帜。

CCD已被普遍认为是七⼗年代以来出现的最重要的半导体器件之⼀。

和同样功能的电真空器件相⽐，CCD作为⼀种⾃扫描式光电接收器件，它有体积⼩、重量轻、分辨率⾼、灵敏度⾼、动态范围宽、⼯作电压低、功耗⼩、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场⼲扰和可靠性⾼等⼀系列优点。

因此它在科研、教育、医学、商业、⼯业、军事及消费等诸多领域都得到了⼴泛应⽤，已经成为图像采集及数字化处理必不可少的器件。

信息时代离不开语⾔、⽂字、图像的实时获取与交流。

如果把多媒体、各种⽹络和信息⾼速公路作为⼀个整体，那么CCD是它们的眼睛，是全球实时信息技术的关键器件。

当前我们的CCD⽣产技术相对较弱，也缺乏⼀种完善的测试、评价CCD性能的系统。

⽽CCD的种类越来越多，应⽤越来越⼴，如何正确地选择和使⽤CCD 是我们所要⾯对的问题。

根据我们的调查，还没有发现国内关于如何测试和评价CCD性能⽅⾯的研究结果。

⼆、发展状况CCD图像传感器经过30多年的发展⽬前⼰经成熟。

从最初简单的8像元移位寄存器发展⾄今，⼰经具有数百万甚⾄数千万像元。

CCD技术及相关的测试技术也有了巨⼤的改进。

最早出现的CCD为表⾯沟道型。

该表⾯构造可在Si-SiO2界⾯附近产⽣阻碍电荷运输的“陷阱”，从⽽降低了电荷传输效率。

实验七线阵CCD应用实验实验（一）利用线阵CCD进行图像扫描一、实验目的在光电技术、机器视觉技术中数字图像的产生与分解是非常重要的基础知识，掌握图像的产生与分解对于如何利用图像，从图像中解析出我们所要检测的目的信号无疑是机器视觉技术最为重要的环节。

本实验利用彩色线阵CCD图像传感器对彩色实物进行扫描而获得数字图像，并对扫描图像的解析方法、图像的形成方法和数字图像的特点等重要内容深入学习，掌握数字图像的产生过程。

二、实验准备内容（1）学习有关CCD的知识。

（2）学习用线阵CCD传感器进行实物扫描成像的原理，分析为什么用彩色线阵CCD能够对实物进行真彩色扫描成像。

（3）用彩色线阵CCD进行图像扫描时应该注意哪些问题？彩色线阵CCD的工作频率、扫描电机的转速与照明光源的亮度之间存在着怎样的关系？（4）为什么说扫描同步问题是线阵CCD图像扫描技术的关键问题，如何解决扫描图像的同步问题？三、实验所需仪器设备（1）LCCDAD-Ⅱ-A型线阵CCD应用开发实验仪一台；（2）装有VC++软件及相关实验软件的PC计算机或GDS-Ⅲ型光电综合实验平台一台；四、实验步骤1. 实验预备（1）首先将实验仪的数据端口和计算机或GDS-Ⅲ型光电综合实验平台的USB端口用专用USB数据线缆连接好并合上实验仪的主电源开关。

（2）打开计算机电源，完成系统启动后进入下一步操作。

（3）确认已经正确安装实验仪软件。

2. 图像扫描（1）将贴好图片的扫描滚筒安装在扫描支架上，锁紧螺钉，使实验装置组成如图1所示的彩色图像扫描实验结构；图1 线阵CCD进行彩色图像扫描成像的实验（2）打开计算机电源，找到《图像扫描实验》软件，在计算机显示屏上弹出如图2所示的图像扫描实验软件主界面；图2 线阵CCD扫描成像主界面（3）先点击界面中的“曲线”菜单，观察彩色线阵CCD输出的R、G和B输出波形曲线（在显示屏上分别用R、G、B三种颜色显示），再根据曲线的特点决定对光学成像系统是否进行调试；如果曲线已经如图3所示曲线边沿较陡，看上去比较“毛草”，说明已经调好了焦，图像的高频细节已经显现，就不要再调；图3 彩色线阵CCD输出的3路信号（4）调试过程为先调整光圈使其输出幅度居中偏高些以便扫描出来的图像灰度阶更为丰富；但是不能使CCD输出信号进入饱和区，否则将出现高亮度区域偏白而无法显示图像颜色；（5）然后再调整成像物镜的焦距，使观测到的曲线尽量陡直或如图3所示的波形显得比较毛糙（是高频分量较好的表现），才为调试到较为理想状况；当然准确调焦后扫描出来的图像视觉效果可能并不理想，图像的细节表现明显，图像的缺陷暴露无疑。

光电检测实验报告实验名称：线阵CCD原理及应用实验实验者：实验班级：实验时间：指导老师：一、实验目的①、掌握用双踪迹示波器观测二相线阵CCD驱动器各路脉冲的频率、幅度、周期和相位关系的测量方法。

②、通过测量CCD驱动脉冲之间的相位关系，掌握二相线阵CCD的基本工作原理。

③、通过测量典型线阵CCD的输出脉冲信号与驱动脉冲的相位关系，掌握CCD的基本特征。

二、实验内容1、CCD驱动频率观测；2、积分时间测量。

三、实验仪器1、双踪同步示波器（20MHz以上） 1台2、CCD原理应用实验箱 1台五、实验步骤打开CCD原理与应用实验箱的电源开关，观察积分时间显示窗口和驱动频率显示窗口的显示数据，并用积分时间设置按钮调整积分时间档为0档（按钮依次由0→1→2→3→0），用频率设置按钮调整频率为0档（按钮依次由0→1→2→3→0）。

然后打开示波器的电源开关，用双踪示波器检查CCD驱动器的各路脉冲波形是否正确（参考实验箱面板上时序图）。

如符合，则继续进行以下实验；否则，应请指导教师进行检查。

实验1.1 驱动频率观测打开示波器的电源开关，将CH1和CH2的扫描线调至适当位置，将示波器同步选择器开关调至CH1位置（用CH1做同步信号）。

打开CCD原理与应用实验箱的电源开关。

用CH1探头测试转移脉冲ΦSH，并调节使之同步，使ΦSH脉宽适当以便于观测。

用探头CH2分别测试Φ1、Φ2等信号。

观察各信号的相位是否符合图1-4所示的波形（特别要注意各信号之间的相位关系）。

用探头CH1测试Φ1并使之同步。

用CH2分别测试Φ2、ΦR等信号。

看其是否符合图1-4所示的波形。

驱动频率的测量：分别测出Φ1、Φ2、ΦR的周期、频率、幅度，填入表1-2中。

改变频率选择开关，再测出Φ1、Φ2、ΦR周期、频率、幅度，也填入表1-2。

关机结束。

关闭CCD原理应用实验箱电源，关闭示波器电源。

实验1.2 积分时间的测量将频率设为0（档），积分时间设为0（档），用CH1观测SH脉冲周期，并将ΦSH的周期（即积分时间），填入表1-3中。