przetwornik CCD

przetwornik CCD, scalony analizator obrazu,

przyrząd półprzewodnikowy zbudowany z elementów CCD, w którym następuje przetwarzanie obrazu optycznego na sygnał elektryczny (wizyjny);

rodzaj przetwornika wizyjnego; działanie przetwornika CCD jest oparte na wykorzystaniu zjawisk fotoelektrycznych (wewnętrznych).

Przetwornik CCD składa się z sekcji obrazowej i sekcji odczytu. Sekcja obrazowa zawiera kilkaset tysięcy (niekiedy kilkanaście mln) elementów światłoczułych o niewielkich rozmiarach (np. 15 × 15 µm), rozmieszczonych równomiernie w kolumnach i wierszach (liniach), tworzących łącznie regularną strukturę (matrycę); każdy element światłoczuły odpowiada jednemu punktowi analizowanego obrazu (pikselowi). Oświetlenie elementu światłoczułego promieniowaniem emitowanym przez obraz powoduje powstawanie nośników ładunku (tzw. fotoładunków), a następnie ich gromadzenie się (akumulację) w elemencie; liczba nośników ładunku jest proporcjonalna do natężenia promieniowania, emitowanego przez punkty obrazu oraz jest też proporcjonalna do czasu trwania akumulacji.

W sekcji odczytu zachodzi formowanie wyjściowego sygnału wizyjnego. Budowa sekcji zależy od zastosowanej techniki odczytu (wybierania). W pierwszych przetwornikach CCD stosowano wybieranie macierzowe. Obecnie w większości wytwarzanych przetworników CCD stosuje się tzw. wybieranie z przesuwem ładunku; operacja ta polega na przesuwaniu fotoładunków generowanych w elementach światłoczułych do odpowiadających im komórek rejestrów przesuwających (każdej komórce rejestru jest przypisany jeden element światłoczuły), skąd są one przemieszczane do sprzężonych z nimi komórek pamięci. Po zakończeniu procesu przesuwania fotoładunków rozpoczyna się w sekcji obrazowej ponowne ich gromadzenie; ładunek z komórek pamięci jest natomiast sekwencyjnie (komórka po komórce) przenoszony do wyjścia przetwornika, tworząc wyjściowy sygnał wizyjny.

Do podstawowych parametrów przetwornika CCD należą: rozdzielczość wyrażana liczbą pikseli (zwykle podawana w postaci X × Y, czyli jako liczba pikseli odpowiednio wzdłuż wiersza i kolumny), rozmiary piksela oraz czułość (najczęściej określana stosunkiem sygnału do szumu lub parametrów z nim związanych). W porównaniu z lampami analizującymi przetwornik CCD odznaczają się wieloma zaletami, m.in. dużą czułością i rozdzielczością, brakiem zniekształceń geometrycznych, dużą dynamiką przetwarzania, bardzo małymi rozmiarami i masą, niewielkimi wartościami napięć zasilających i bardzo małym poborem mocy, a także dużą niezawodnością i trwałością.

Przetworniki CCD są obecnie powszechnie stosowane w kamwidach i kamerach telewizyjnych, w cyfrowych aparatach fotograficznych oraz w wielu urządzeniach specjalistycznych, takich jak skanery, analizatory linii papilarnych, czytniki dla niewidomych, termowizjery.

Mirosław Rusek