CCD圖像傳感器是機(jī)器視覺(jué)的重要組成部分，是最為核心的部件。CCD圖像傳感器采用的是一種高感光度的半導(dǎo)體材料，通過(guò)光線的照射可以產(chǎn)生電荷信號(hào)，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，使其具備了獲取、存儲(chǔ)、編輯、傳輸?shù)鹊囊惑w式功能。一直以來(lái)，CCD因具有體積小、功耗小、靈敏度高、信噪比高、響應(yīng)速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)，所以在天文、交通、醫(yī)療等眾多工業(yè)科學(xué)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。

成像方面的優(yōu)勢(shì)，是促進(jìn)其市場(chǎng)不斷發(fā)展的第一誘因。那么除去CCD圖像傳感器成像方面的優(yōu)勢(shì)，還有沒(méi)有什么優(yōu)勢(shì)一直在推動(dòng)CCD的發(fā)展呢?我們上面提到了CCD的性能特點(diǎn)，不難看出性能的優(yōu)勢(shì)也是吸引客戶(hù)的一大賣(mài)點(diǎn)。體積小、重量輕，可裝置在各種機(jī)器設(shè)施上，例如人造衛(wèi)星或各式導(dǎo)航。像素高，像素由初期的10多萬(wàn)發(fā)展到如今的400～500萬(wàn)像素。高敏感度，有效控制噪聲干擾，提高了信噪比，具有高敏感度。其他的還有動(dòng)態(tài)范圍廣、線性特性曲線良好、低秏電力、電荷傳輸效率佳、不易老化等等性能優(yōu)勢(shì)。，而這些優(yōu)勢(shì)都是CCD得以廣泛應(yīng)用的原因。知道了原因，我們接下來(lái)看具體都有哪些應(yīng)用呢?

CCD 器件及其應(yīng)用技術(shù)的研究取得了驚人的進(jìn)展 特別是在圖像傳感和非接觸測(cè)量領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速。隨著CCD 技術(shù)和理論的不斷發(fā)展 CCD 技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度必將越來(lái)越大。CCD 是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料集成，它能夠根據(jù)照射在其面上的光線產(chǎn)生相應(yīng)的電荷信號(hào) 在通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成 “0”或“1”的數(shù)字信號(hào) 這種數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮和程 排列后 可由閃速存儲(chǔ)器或硬盤(pán)卡保存即收光信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的電子圖像信號(hào)，可對(duì)被側(cè)物體進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量、分析。

含格狀排列像素的CCD應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、光學(xué)掃瞄儀與攝影機(jī)的感光元件。其光效率可達(dá)70%(能捕捉到70%的入射光)優(yōu)于傳統(tǒng)菲林(底片)的2%因此CCD迅速獲得天文學(xué)家的大量采用。

傳真機(jī)所用的線性CCD影像經(jīng)透鏡成像于電容陣列表面后依其亮度的強(qiáng)弱在個(gè)電容單位上形成強(qiáng)弱不等的電荷。傳真機(jī)或掃瞄儀用的線性CCD次捕捉一細(xì)長(zhǎng)條的光影而數(shù)碼相機(jī)或攝影機(jī)所用的平面式CCD則一次捕捉一整張影像或從中擷取一塊方形的區(qū)域。一旦完成曝光的動(dòng)作控制電路會(huì)使電容單元上的電荷傳到相鄰的下一個(gè)單元到達(dá)邊緣最后一個(gè)單元時(shí)電荷訊號(hào)傳入放大器轉(zhuǎn)變成電位。如此周著復(fù)始直到整個(gè)影像都轉(zhuǎn)成電位取樣并數(shù)位化之后存入內(nèi)存。儲(chǔ)存的影像可以傳送到打印機(jī)、儲(chǔ)存設(shè)備或顯示器。

在數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域 CCD 的應(yīng)用更是異彩紛呈。一般的彩色數(shù)碼相機(jī)是將拜爾濾鏡(Bayer filter )加裝在 CCD 上。 四個(gè)像素形成一個(gè)單元，一個(gè)負(fù)責(zé)過(guò)濾紅色、一個(gè)過(guò)濾藍(lán)色 兩個(gè)過(guò)濾綠色(因?yàn)槿搜蹖?duì)綠色比較敏感)。結(jié)果每個(gè)像素都接收到感光訊號(hào)，但色彩分辨率不如感光分辨率。

用三片 CCD 和分光棱鏡組成的 3CCD 系統(tǒng)能將顏色分得更好，分光棱鏡能把入射光分析成紅、藍(lán)、綠三種色光，由三片CCD 各自負(fù)責(zé)其中一種色光的呈像。所有的專(zhuān)業(yè)級(jí)數(shù)位攝影機(jī) 和一部份的半專(zhuān)業(yè)級(jí)數(shù)位攝影機(jī)采用 3CCD 技術(shù)。目前 超高分辨率的 CCD 芯片 相當(dāng)昂貴 配備 3CCD 的高解析靜態(tài)照相機(jī)，其價(jià)位往往超出許多專(zhuān)業(yè)攝攝影者的預(yù)算。因此有些高檔相機(jī)使用旋轉(zhuǎn)式色彩濾鏡 兼顧高分辨率與忠實(shí)的色彩呈現(xiàn)。這類(lèi)多次成像的照相機(jī)只能用于拍攝靜態(tài)物 。

經(jīng)冷凍的 CCD 同時(shí)在 1990 年代初亦廣泛應(yīng)用于天文攝影與各種夜視裝置 而各大型天文臺(tái)亦不斷研發(fā)高像數(shù)CCD 以拍攝極高解像之天體照片。

CCD 在天文學(xué)方面有一種奇妙的應(yīng)用方式，能使固定式的望遠(yuǎn)鏡發(fā)揮有如帶追蹤望遠(yuǎn)鏡的功能。方法是讓CCD 上電荷讀取和移動(dòng)的方向與天體運(yùn)行方向一致 速度也同步，以CCD 導(dǎo)星不僅能使望遠(yuǎn)鏡有效糾正追蹤誤差 還能使望遠(yuǎn)鏡記錄到比原來(lái)更大的視場(chǎng)。