1、圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例1 自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理12* CCD傳感器簡(jiǎn)介CCD自動(dòng)尋星系統(tǒng)自動(dòng)尋星系統(tǒng)1圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例2 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理CCDCCD（Charge Coupled Device Charge Coupled Device 感光耦合組件）是貝爾實(shí)驗(yàn)室的發(fā)明的感光耦合組件）是貝爾實(shí)驗(yàn)室的發(fā)明的, ,由于由于它有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲(chǔ)、延時(shí)和將電信號(hào)按順序傳送等功能它有光電轉(zhuǎn)換、信息存儲(chǔ)、延時(shí)和將電信號(hào)按順序傳送等功能, ,其集成度高、功耗其集成度高、功耗低低, ,因此得到飛速發(fā)展因此得到飛速發(fā)展, ,

2、是圖像采集及數(shù)字化處理必不可少的關(guān)鍵器件。是圖像采集及數(shù)字化處理必不可少的關(guān)鍵器件。CCDCCD圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的圖像傳感器是按一定規(guī)律排列的MOSMOS（金屬（金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體）電容器組半導(dǎo)體）電容器組成的陣列。在成的陣列。在P P型或型或N N型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄（約型硅襯底上生長(zhǎng)一層很薄（約120nm120nm）的二氧化硅）的二氧化硅, ,再在二氧再在二氧化硅薄層上依次序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極）化硅薄層上依次序沉積金屬或摻雜多晶硅電極（柵極）, ,形成規(guī)則的形成規(guī)則的MOSMOS電容器陣電容器陣列，再加上兩端的輸入及輸出二極管就構(gòu)成了列，再加上兩端的輸入及輸出二

3、極管就構(gòu)成了CCDCCD芯片。芯片。CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例3 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理 電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上電荷耦合器件是在半導(dǎo)體硅片上制作成百上千個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元制作成百上千個(gè)光敏元，一個(gè)光敏元又稱一個(gè)像素，在半導(dǎo)體硅平面上光又稱一個(gè)像素，在半導(dǎo)體硅平面上光敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。敏元按線陣或面陣有規(guī)則地排列。CCDCCD基本結(jié)構(gòu)分兩部分：基本結(jié)構(gòu)分兩部分：1.MOS1.MOS（金屬（金屬氧化物氧化物半導(dǎo)體）光敏半導(dǎo)體）光敏元陣列；元陣列；2.2.讀出移位寄存器。讀出移位寄存器。

4、CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例4 CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介常見的CCD以及用到CCD的設(shè)備CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例5 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理1.1.信號(hào)電荷的產(chǎn)生信號(hào)電荷的產(chǎn)生2.2.信號(hào)電荷的存貯信號(hào)電荷的存貯3.3.信號(hào)電荷的傳輸信號(hào)電荷的傳輸4.4.信號(hào)電荷的檢測(cè)信號(hào)電荷的檢測(cè) 工作原理工作原理CCD基本工作原理CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例6 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介

5、傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理1.1.信號(hào)電荷的產(chǎn)生信號(hào)電荷的產(chǎn)生 CCDCCD工作過程的第一步是工作過程的第一步是電荷的產(chǎn)生。電荷的產(chǎn)生。CCDCCD可以將入射可以將入射光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷輸出，依據(jù)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電荷輸出，依據(jù)的是半導(dǎo)體光電效應(yīng)。的是半導(dǎo)體光電效應(yīng)。金屬電極氧化物半導(dǎo)體e-e-e-e-e-e-e-光生電子入射光MOSMOS電容器電容器CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例7 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理2 2、信號(hào)電荷的存儲(chǔ)、信號(hào)電荷的存儲(chǔ) CCD CCD工作過程的第二步是信號(hào)電荷的收

6、集，就是將入射工作過程的第二步是信號(hào)電荷的收集，就是將入射光子激勵(lì)出的電荷收集起來成為信號(hào)電荷包的過程。當(dāng)金光子激勵(lì)出的電荷收集起來成為信號(hào)電荷包的過程。當(dāng)金屬電極上加正電壓時(shí)，由于電場(chǎng)作用，電極下屬電極上加正電壓時(shí)，由于電場(chǎng)作用，電極下P P型硅區(qū)里空型硅區(qū)里空穴被排斥入地成耗盡區(qū)。對(duì)電子而言，是一勢(shì)能很低的區(qū)穴被排斥入地成耗盡區(qū)。對(duì)電子而言，是一勢(shì)能很低的區(qū)域，稱域，稱“勢(shì)阱勢(shì)阱”。有光線入射到硅片上時(shí)，光子作用下產(chǎn)。有光線入射到硅片上時(shí)，光子作用下產(chǎn)生電子生電子空穴對(duì)，空穴被電場(chǎng)作用排斥出耗盡區(qū)，而電子空穴對(duì)，空穴被電場(chǎng)作用排斥出耗盡區(qū)，而電子被附近勢(shì)阱（俘獲），此時(shí)勢(shì)阱內(nèi)吸的光子數(shù)與光

7、強(qiáng)度成被附近勢(shì)阱（俘獲），此時(shí)勢(shì)阱內(nèi)吸的光子數(shù)與光強(qiáng)度成正比。正比。CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例8 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理e-e-勢(shì)阱勢(shì)阱入射光入射光MOSMOS電容器電容器+UGe-e-e-e-e-e-+Uthe- e-勢(shì)阱勢(shì)阱入射光入射光MOSMOS電容器電容器+UGe-e-e- e-e-e-+UthUG Uth 時(shí) 在柵極在柵極G G電壓為零時(shí)，電壓為零時(shí)，P P型半導(dǎo)體中的空穴的分布型半導(dǎo)體中的空穴的分布是均勻的。是均勻的。 當(dāng)施加正偏壓當(dāng)施加正偏壓UG( (此時(shí)此時(shí)UG小于小于p p型半導(dǎo)體的

8、閩值電型半導(dǎo)體的閩值電壓壓Uth) )，空穴被排斥，產(chǎn)，空穴被排斥，產(chǎn)生耗盡區(qū)。生耗盡區(qū)。 電壓繼續(xù)增加，則耗電壓繼續(xù)增加，則耗盡區(qū)將進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)盡區(qū)將進(jìn)一步向半導(dǎo)體內(nèi)延伸。延伸。CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例9 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理 CCD CCD器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的器件內(nèi)是在硅片上制作成百上千的MOSMOS元，照元，照射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖象，那么這些射在這些光敏元上是一幅明暗起伏的圖象，那么這些光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的光生電荷圖象。光敏元就感生出一幅與光照度響應(yīng)的

9、光生電荷圖象。 而而CCDCCD的分辨率指的是：中有多少像素，的分辨率指的是：中有多少像素，也就是上有多少感光組件，分辨率是圖像傳感也就是上有多少感光組件，分辨率是圖像傳感器的重要特性。器的重要特性。 （像素（像素= =分辨率長(zhǎng)寬數(shù)值相乘，如：分辨率長(zhǎng)寬數(shù)值相乘，如：640X480=307200640X480=307200，就是，就是30W30W像素）像素） C CCDCD分辨率主要取決于分辨率主要取決于CCDCCD芯片的像素?cái)?shù)。芯片的像素?cái)?shù)。CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例10 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理 C

10、CDCCD工作過程的第三步是信號(hào)電荷包的轉(zhuǎn)移，工作過程的第三步是信號(hào)電荷包的轉(zhuǎn)移，就是將所收集起來的電荷包從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下就是將所收集起來的電荷包從一個(gè)像元轉(zhuǎn)移到下一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。一個(gè)像元，直到全部電荷包輸出完成的過程。 通過按一定的時(shí)序在電極上通過按一定的時(shí)序在電極上施加高低電平，施加高低電平，可以實(shí)現(xiàn)光電荷在相鄰勢(shì)阱間的轉(zhuǎn)移。可以實(shí)現(xiàn)光電荷在相鄰勢(shì)阱間的轉(zhuǎn)移。3 3、信號(hào)電荷的傳輸（耦合）、信號(hào)電荷的傳輸（耦合）CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例11 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理123

11、t1t2t3t4t5 每個(gè)光敏元（像素）對(duì)應(yīng)有三個(gè)每個(gè)光敏元（像素）對(duì)應(yīng)有三個(gè)相鄰的轉(zhuǎn)移柵電極相鄰的轉(zhuǎn)移柵電極1 1、2 2、3,3,所有電極所有電極彼此間離得足夠近彼此間離得足夠近, ,以保證使硅表面的以保證使硅表面的耗盡區(qū)和電荷的勢(shì)阱耦合及電荷轉(zhuǎn)移。耗盡區(qū)和電荷的勢(shì)阱耦合及電荷轉(zhuǎn)移。所有的所有的1 1電極相連并施加時(shí)鐘脈沖電極相連并施加時(shí)鐘脈沖1,1,所有的所有的2 2、3 3也是如此也是如此, ,并施加時(shí)鐘脈沖并施加時(shí)鐘脈沖22、33。這三個(gè)時(shí)鐘脈沖在時(shí)序上。這三個(gè)時(shí)鐘脈沖在時(shí)序上相互交迭。相互交迭。CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例12 CCDCCD

12、傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理3P型型Si耗盡區(qū)耗盡區(qū)電荷轉(zhuǎn)移方向電荷轉(zhuǎn)移方向12輸出柵輸出柵輸入柵輸入柵輸入二極管輸入二極管輸出二極管輸出二極管 SiO2CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例13 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD未來發(fā)展方向自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理4 4、信號(hào)電荷的檢測(cè)、信號(hào)電荷的檢測(cè) CCDCCD工作過程的第四步是電荷的檢測(cè)，就是將轉(zhuǎn)工作過程的第四步是電荷的檢測(cè)，就是將轉(zhuǎn)移到輸出級(jí)的電荷轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的過程。移到輸出級(jí)的電荷轉(zhuǎn)化為電流或者電壓的過程。 輸出類型，主要有以下三種：輸出類型，主要有以下三種：

13、 1 1）電流輸出電流輸出 2 2）浮置柵放大器輸出浮置柵放大器輸出 3 3）浮置擴(kuò)散放大器輸出浮置擴(kuò)散放大器輸出 CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例14 CCDCCD傳感器簡(jiǎn)介傳感器簡(jiǎn)介CCD傳感器簡(jiǎn)介自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理光輸入光輸入1電荷生成電荷生成2電荷存儲(chǔ)電荷存儲(chǔ)3電荷轉(zhuǎn)移電荷轉(zhuǎn)移復(fù)位復(fù)位輸出輸出4電荷檢測(cè)電荷檢測(cè)半導(dǎo)體半導(dǎo)體圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例15 自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理 天文攝影是一項(xiàng)觀測(cè)星座、月亮、太陽等的特殊攝影技術(shù)天文攝影是一項(xiàng)觀測(cè)星座、月亮、太陽等的特殊攝影技術(shù), ,天文相機(jī)可用于拍攝星空、天象等深空天

14、體。天文相機(jī)可用于拍攝星空、天象等深空天體。 但是，地球的自轉(zhuǎn)出現(xiàn)了天體的周日視運(yùn)動(dòng)但是，地球的自轉(zhuǎn)出現(xiàn)了天體的周日視運(yùn)動(dòng), ,也就是說也就是說, ,在在深空拍攝過程中深空拍攝過程中, ,星星是不斷在運(yùn)動(dòng)中的。而一般深空攝影的對(duì)星星是不斷在運(yùn)動(dòng)中的。而一般深空攝影的對(duì)象大多十分暗淡象大多十分暗淡, ,因此需要長(zhǎng)時(shí)間的曝光因此需要長(zhǎng)時(shí)間的曝光, ,在長(zhǎng)時(shí)間曝光過程中在長(zhǎng)時(shí)間曝光過程中拍攝的星星難免會(huì)出現(xiàn)拉線現(xiàn)象拍攝的星星難免會(huì)出現(xiàn)拉線現(xiàn)象, ,這并不是我們想要的。這并不是我們想要的。 因此因此, ,若要在長(zhǎng)曝光時(shí)間下拍攝到質(zhì)量好的深空照片若要在長(zhǎng)曝光時(shí)間下拍攝到質(zhì)量好的深空照片, ,就需就需要一

15、臺(tái)和地球自轉(zhuǎn)方向相反的赤道儀帶動(dòng)天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)星點(diǎn)進(jìn)要一臺(tái)和地球自轉(zhuǎn)方向相反的赤道儀帶動(dòng)天文望遠(yuǎn)鏡對(duì)星點(diǎn)進(jìn)行跟蹤拍攝行跟蹤拍攝, ,也就是最蹤攝影。追蹤星點(diǎn)一般需要用到導(dǎo)星系統(tǒng)。也就是最蹤攝影。追蹤星點(diǎn)一般需要用到導(dǎo)星系統(tǒng)。 自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理CCD傳感器簡(jiǎn)介圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例16 自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理 目前國(guó)際上先進(jìn)的天文望目前國(guó)際上先進(jìn)的天文望遠(yuǎn)鏡都普遍采用了遠(yuǎn)鏡都普遍采用了CCDCCD閉環(huán)自閉環(huán)自動(dòng)導(dǎo)星跟蹤技術(shù)，用動(dòng)導(dǎo)星跟蹤技術(shù)，用CCDCCD圖像圖像傳感器作為檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)檢傳感器作為檢測(cè)元件，實(shí)時(shí)檢測(cè)星像偏離視場(chǎng)的信號(hào)并實(shí)時(shí)測(cè)星像偏離視場(chǎng)的信號(hào)并實(shí)時(shí)提供誤差補(bǔ)償信號(hào)。提供誤差補(bǔ)償信號(hào)。 我國(guó)大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖我國(guó)大天區(qū)面積多目標(biāo)光纖光譜望遠(yuǎn)鏡光譜望遠(yuǎn)鏡LAMOSTLAMOST也采用也采用CCDCCD作為導(dǎo)星系統(tǒng)的探測(cè)器件。作為導(dǎo)星系統(tǒng)的探測(cè)器件。自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理CCD傳感器簡(jiǎn)介圖形繪制圖片處理圖表設(shè)計(jì)典型案例17 自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理自動(dòng)尋星系統(tǒng)構(gòu)成與原理CCD尋星系統(tǒng)工作原理1.CCD定期對(duì)天體拍攝來獲取引導(dǎo)星的圖像；2.采用星