CCD图像传感器分类

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，这正是FF CCD中发生的事情。在集成过程中，像素位置响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。一般情况下，通过应用精心定时的时钟信号来获得CCD像素数据，这些时钟信号依次在器件的电荷传输结构中产生电位阱和电位屏障。在全帧CCD中，需要能够将这些控制电压应用到同样起光电探测器作用的区域，因此，栅极电极由透明多晶硅制成。

全帧CCD相对而言比较简单且易于制造，并且它们允许整个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，一个主要的限制是需要一个机械快门（或一个同步的、短时间的光源称为频闪）。CCD的光激活区并不会因为你已经决定是时候执行读出而停止光激活。如果没有在曝光周期完成后阻挡入射光的机械快门，则在（有意）集成期间生成的电荷包将被读出期间到达的光损坏，全帧CCD的基本架构如下图所示。

帧传输（Frame-Transfer）CCD

一般来说，研发人员更喜欢用电子方式控制曝光，快门（像任何其他快速移动的高精度机械设备一样）使设计更加复杂，最终产品更加昂贵，整个系统更容易出现故障。在电池供电的应用中，驱动物理物体所需的额外能量也是不可取的。FT-CCD允许我们保持FF-CCD的一些优点，同时（几乎）不需要快门。这是通过将FF CCD分成两个大小相等的部分来实现的。其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，如下图所示。

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能够获得比全帧CCD更高的帧速率。说FT架构几乎消除了快门，因为无快门设计会遇到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架构的主要缺点是成本较高，并且相对于图像质量而言面积增大，因为基本上是使用FF传感器，然后将像素数减少两倍。

线间传输（Interline-Transfer）CCD

研发人员需要的最后一个主要的架构改进是将集成电荷快速转移到存储区域，从而将污迹降低到可以忽略的程度。线间传输CCD通过提供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漏到相邻的垂直移位寄存器中，则可能发生一些涂抹。如果应用程序不需要高帧速率，则可以通过延迟积分直到读出完成来消除此问题。

线间CCD不需要帧传输CCD中使用的大存储部分，但它们引入了一个新的缺点：传感器成为将光子转换为电子的效率较低的手段，因为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，因此相对于落在像素区域上的光的量产生较少的电荷。这种灵敏度的损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微小透镜而大大减轻，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，如下图所示。

结论

全帧CCD可能看起来是最“原始”的类型，但它们仍然是不需要高帧速率的系统中的首选，并且可以容忍闪光灯或机械快门的使用。帧传输CCD和线间传输CCD具有更多的用途，在某些应用中具有关键的优势。

深圳市双翌光电科技有限公司是专注于机器视觉部件及视觉系统研发、生产和营销的高科技企业，是专业的机器视觉核心部件及解决方案提供商。双翌视觉坚守“持续创新”的理念，目前已经成功在消费电子、新能源、半导体、汽车、物流、交通、医药、科研等行业为客户提供优质的产品和定制化的视觉解决方案。