CCD（ Charge Coupled Device ）全称为电荷耦合器件，是70 年代发展起来的新型半导体器件。它是在MOS集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。实验室用的数码相机、光学多道分析器等仪器，都用了CCD作图象探测元件。一个完整的CCD器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。CCD工作时，在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少。取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中，就可对信号再现或进行存储处理。由于CCD光敏元可做得很小（约10um），所以它的图象分辨率很高。
上传时间： 2022-06-23
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高性能低成本的图像采集和处理系统在自动测量、设备检测、安全监控等工业测控领域需求巨大。相比于CMOS图像传感器，CCD图像传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制以及技术成熟度等方面具有明显优势。发达国家对于基于CCD图像传感器的高性能图像采集和处理系统的开发已经具有了一定的经验和成功先例，而在我国，相关的技术开发还比较薄弱。因此，通过对基于CCD图像传感器的高性能图像采集和处理系统进行研究和开发，迅速掌握核心技术，积累必要的技术储备和经验，对满足我国在相关领域的需求有着重要意义。本文研究了CCD图像传感器的发展历程、结构及工作原理、性能特点，并与CMOS图像传感器进行了比较。详细分析了SONY公司的大面阵CCD图像传感器，并以此器件为核心完成了图像采集和处理系统的设计。选用CYPRESS公司的LC4256V型CPLD（Complex Programmable Logic Device）芯片和TI公司的MSP430F149型MCU（Micro Controller Unit）芯片共同构成系统的核心处理平台。以CPLD为设计载体，使用Verilog硬件描述语言实现了驱动时序设计，完成了对CCD图像传感器的控制。对CYPRESS公司的CY7C68013型USB器件进行了固件程序、驱动程序和应用程序开发，实现了高速数据传输。硬件上采用了模块化设计，并充分考虑了抗干扰措施。实际测试表明，上述系统工作稳定，具有良好的灵活性和可扩展性。
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