数码相机的结构及基本原理

光敏元阵列示意图
电荷源自文库产生
光线越亮，产生的 电荷就越多；
光线越暗，产生的 电荷就越少。
入射光
e-
e-
e-
e- e-
e- e光生电子
金属电极 氧化物
半导体
光敏元
电荷的收集
光 滴
小桶 光敏元
电荷的收集
光滴
光敏元 CCD把入射到每一个光敏元 上的光滴转化为电荷并收集
电荷的转移
雨滴——光子 小盆——像元 雨水——收集的电荷 虹吸泵—CCD的移位寄存器 量筒——CCD的电荷测量器
Full Frame
Preamplifier
Active Array
Output Node
CCD是如何记录光的颜色的？
CCD是将光线强度转化为电流大小，它的缺陷是只 能感受光的强弱，无法感受光的波长。由于光的颜 色由波长决定，所以图像传播无法记录颜色这一信 息，这样只能得到黑白照片。
光敏元 阵列
滤光片
这种计算颜色的方法，就
叫做"去马赛克"。上图的 下半部分是图像传感器生
成的"马赛克"图像，所有 的像素只有红、绿、蓝、
黑四种颜色；上半部分是" 去马赛克"后的效果，这是 用算法处理的结果。
谢谢！
实物
光源
光电转换设备 放大设备
光子 电荷
显示设备
模拟量（电压）
A/D转换
数字量
图像
数码相机的本质
• 把一组一定亮度和光谱的光线转化为一堆二进制数， • 然后保存在某种介质上，属于把光信号与数字信号的转换。
１００１０１０１・・
CCD画像
数码变换
重新排布
行排列或竖排列
再生
CCD图像传感器 如何将光信号转化为数字信号的？
• 每次测量完成以后，都要将量筒倒空， 准备下一次测量。
图示的状态是一次 测量后的状态。
倒空量筒
电荷的转移
又一次测量结束。
倒空量筒
电荷的转移
一行电荷测量结束。
倒空量筒
电荷的转移
• 重复上述转移－测量的过程，直到所有小盆中雨 水的数量都测量完毕。
• 准备好进行下一次开始接雨水（曝光）。
Serial Register
滤光层
图像传感器前面设置一个滤光层， 上面布满了滤光点，与下层的像 素一一对应
每个滤光点只能通过 红、绿、蓝之中的一 种颜色，这意味着在 它下层的像素点只可 能有四种颜色：红、 绿、蓝、黑（表示没 有任何光通过）。
每个滤光点周围有规律地分布 其他颜色的滤光点，那么就有 可能结合它们的值，判断出光 黄色光 线本来的颜色。
数码相机图像传感器的工作原理
姓名：丁汇洋 学号：15721454
目录
1 数码相机的结构 2 图像传感器结构及原理 3 数码相机如何拍出彩色图片
数码相机的结构
光信号
存储器 内存
镜头
图像传感 器CCD
A/D 模/数转换
MPU 微处理器
LCD
液晶 显示器
PC卡
可移动 存储器
接口
接口
数码相机的工作原理
虹吸泵
小盆
雨水量筒
电荷的转移
每个小盆接到的 雨水数量不同
电荷的转移
为了测量每个小盆中的雨水（雨停以后） 虹吸泵将每个小盆中的雨水向雨水量筒转移。
先将雨水向左移动
首先，最左边一行接雨 水的小盆将所接的雨水 通过虹吸泵转移到与雨 水量筒排成一排的一行 小盆（读出寄存器)中。
电荷的转移
• 然后将最靠近量筒小盆中的雨水通过 虹吸泵导入量筒中测量它的数量。
光学系统
CCD
图像处理
CCD的A/D转化过程
• 电荷的生成 • 电荷的收集 • 电荷包的转移 • 电荷包的测量
CCD的结构
聚光镜片
彩色滤光镜 阵列
光敏元 感光电路
光敏元阵列
图像传感器（CCD）是在半导体上 制作成百上千（万）个光敏元， 在半导体硅平面上光敏元按线阵或
面阵有规则地排列。
显微镜下的光敏元表面