【正文】 程。 設(shè)在某一時刻 V1為高電平， V V3為低電平， 則在具有 V1電位的各電極下形成較深的勢阱 （電荷包）當(dāng)硅晶體受到景物光投射而產(chǎn)生出 電子 — 空穴對后，少數(shù)載流子在電場作用下被 吸引到較深的勢阱，而且勢阱中所捕獲的電荷 數(shù)目的多少與該處光的強(qiáng)弱成正比 。 為按掃描順序取出各電荷而形成圖象 電信號，當(dāng)電荷積累過程結(jié)束后自 t=t2 開始 V1下降，而 V2變?yōu)樽畲笥谑请姾? 包從電位為 V1的各電極下向電位為 V2 的各電極下的最深勢阱轉(zhuǎn)移。 每經(jīng)過時間 T電荷包完成轉(zhuǎn)移一個像素 的全過程，電荷耦合器件是移位寄存器。如：垂直拖尾問題，提高動態(tài)分辨力問題，以及為了克服垂直拖尾現(xiàn)象而采用電子光閘等。由于其制作技術(shù)取得了一些突破，使得 CCD攝象機(jī)開始進(jìn)入廣播領(lǐng)域。一種新型的廣播用攝象機(jī)將與真空管式攝象機(jī)展開激烈的競爭，最后必然將攝象機(jī)技術(shù)提高到一個新的水平。 一、 CCD攝象器件的構(gòu)成方式 一般說來， CCD攝象器件的構(gòu)成方式，或者說電荷轉(zhuǎn)移方式有以下三種。存儲區(qū)的象素數(shù)、構(gòu)成和成象區(qū)基本相同，不同的是存儲區(qū)上面有一光屏蔽層不受光的作用，如圖 1所示。 在場逆程期間，由成象區(qū)積累電荷而形成的電子象迅速向下轉(zhuǎn)移，在極短的時間內(nèi)完成由成象區(qū)向存儲區(qū)的電荷轉(zhuǎn)移。即在行消隱期間將某一行電子象送進(jìn)讀出寄存器，而在行正程期間又一點一點地將電荷轉(zhuǎn)移到攝象器件的輸出端，從而形成與攝象管一樣的視頻信號，完成了光象到視頻信號的轉(zhuǎn)變。 本方式的缺點： (1)由于成象區(qū)和存儲區(qū)占據(jù)同樣大小的芯片面積，因而器件尺寸較大； (2)會產(chǎn)生嚴(yán)重的高亮度垂直拖尾，為此一定要使用光閘（俗稱快門裝置）。 （ Interline Transfer） 行間轉(zhuǎn)移方式與上述幀轉(zhuǎn)移方式有明顯的不同，它是將幀轉(zhuǎn)移方式的兩個芯片合一，在一個 CCD芯片上完成感光、存儲和讀出的功能。 從圖 2中可以看出，行間轉(zhuǎn)移方式的成象區(qū)和存儲區(qū)分別以垂直條相間放置，其中每一個獨立單元由三部分組成：感光部分，也就是成象部分；開關(guān)部分；存儲用的垂直移位寄存器，如圖 3所示。在下一個場正程期間，成象條中的感光部分再次積累電荷，而存儲條中所存儲的電荷將以比幀轉(zhuǎn)移方式慢得多的速率轉(zhuǎn)移到水平輸出寄存器中。即在每個行消隱期間垂直下移一個單元，將一行電子象送到水平輸出寄存器，在下一個行正程期間，將存儲在水平輸出寄存器中的一行電子象讀出，從而形成所需要的視頻信號。 本方式的缺點是； 為了避免光從屏蔽層兩側(cè)漏進(jìn)存儲條，一般要將屏蔽層的寬度大于存儲條寬度，這樣，總的感光面積減小，靈敏度比較低； 在強(qiáng)光照射下，將出現(xiàn)明顯的垂直拖尾現(xiàn)象。 幀一行間轉(zhuǎn)移方式（ Frame –Interline Transfer） 是幀轉(zhuǎn)移方式和行間轉(zhuǎn)移方式的組合。 圖 4 幀一行間轉(zhuǎn)移方式原理示意圖 參見圖 4，它的基本原理如下： 在場正程期間，所有成象區(qū)感光器接受入射光形成電荷包；在場消隱期間，首先以極快的速度將所有成象區(qū)感光器上的電荷一次轉(zhuǎn)移到各相應(yīng)的寄存器，緊接著又以極快的速度將各寄存器的電荷轉(zhuǎn)移到下面的存儲區(qū)。 本方式主要優(yōu)點是不采用其它措施就可消除上述兩種方式存在的高亮度垂直拖尾，有可能成為高檔廣播用 CCD攝象機(jī)的主要方式。 二、高亮度垂直拖尾 首先我們先分析一下幀轉(zhuǎn)移方式在高亮度情況下存在的垂直拖尾的原因。一般說來， CCD攝象器件都具有高光抑制功能，如增設(shè) “ 過流溢出 ” 電路，用以克服高光區(qū)域產(chǎn)生的 “ 開花 ” 現(xiàn)象。這就相當(dāng)于又增加了該象素的本來亮度，出現(xiàn)一條垂直亮帶，這就是所謂的垂直拖尾。 既然本方式的高亮度垂直拖尾是由于在向存儲區(qū)轉(zhuǎn)移過程中入射光繼續(xù)照射在成象區(qū)的緣故，那么人們會自然地想到：如果在轉(zhuǎn)移期間擋住入射光，那不就從根本上消除了這種現(xiàn)象嗎？答案是肯定的。光閘以場頻速度旋轉(zhuǎn)。其原理如圖 6所示。在垂直消隱期間成象條中的感光器件在場正程期間所積累的電荷快速向垂直移位寄存器轉(zhuǎn)移，接著在下一個場正程期間以行頻速度向下傳送。但為什么這種方式在高亮度時還會出現(xiàn)拖尾呢？還有什么原因會引起高亮度垂直拖尾呢？ 我們知道，在行間轉(zhuǎn)移方式中，雖然存儲條上面有一屏蔽層，但入射光的一部分仍通過不同途徑照射到光屏蔽層下面的存儲條中的垂直移位寄存器，如圖 7所示，形成強(qiáng)光對鄰近存儲條的污染。 目前日本 SONY公司對行間轉(zhuǎn)移方式的不斷改進(jìn)，已生產(chǎn)出 HADS（空穴積累二級管型）攝象器件它除了暗電流小，無滯后外，還改善了上述的垂直拖尾現(xiàn)象，其中的兩條措施如圖 8所示 圖８ 減小垂直拖尾的兩項措施 從以上可知，對于行間轉(zhuǎn)移方式，產(chǎn)生垂直拖尾的主要原因是移位寄存器向下傳送電荷的速度太慢，因而受強(qiáng)光影響的時間過長。而幀一行間轉(zhuǎn)移方式就采用了這種措施，在場消隱期間快速向下傳送電子象，理所當(dāng)然，垂直拖尾現(xiàn)象也大為減輕。 從左圖中可以看出，在幀一行間轉(zhuǎn)移方式中，垂直移位寄存器向存儲區(qū)傳送電子的速度要比行間轉(zhuǎn)移方式快 60倍，因而其垂直拖尾電平也近似減小 60倍。 三、動態(tài)分辯力與光閘 我們知道，目前生產(chǎn)的廣播電臺用 CCD攝象機(jī)多使用光閘。 所謂動態(tài)分辨力，是相對于靜態(tài)分辯力而言。對攝象管有一套成熟的測試方法。 動態(tài)分辨力是攝象機(jī)的重要指標(biāo)，它直接決定正在制作的運動圖象有細(xì)節(jié)，另外它還決定后期制作中靜幀畫面的清晰度。攝象管的惰性是相當(dāng)嚴(yán)重的，當(dāng)左右擺動攝象機(jī)時，其重現(xiàn)圖象就顯得模糊，擺動速度愈快，圖象模糊愈嚴(yán)重。而 CCD由于依靠時鐘瞬間取出電荷，因而不存在惰性，圖 10是兩者惰性的比較。所謂曝光時間，就是相繼兩次電荷讀出的時間周期，也就是電荷積累的時間。但由于電子束不可能聚焦那么細(xì)，因而在掃描一行時也會掃到相鄰行，如圖 11所示，使得曝光時間趨向于 1/60秒（ NTSC制）或 1/50秒（ PAL制）。就幀轉(zhuǎn)移方式而言，由于使用光閘，所以曝光時間相應(yīng)減小，如 CCD1型攝象機(jī)的曝光時間從 1/60秒減小到 1/100秒左右。如果將 CCD攝象機(jī)和管式攝象機(jī)作對比，進(jìn)行左右擺動就能清楚地看出兩者的差別。適當(dāng)增加光閘在成象區(qū)的時間，就能很方便的控制曝光時間。 既然光閘是用來控制曝光量的，那么減小曝光量就減小了照在成象區(qū)的光量，因而也減小了視頻信號電平，這相當(dāng)于降低了攝象機(jī)的靈敏度。所以光閘的使用是以犧牲攝象機(jī)的性能為代價的。以美國 RCA公司生產(chǎn)的 CCD1型攝象機(jī)（ NTSC型）為例，它比目前管式 ENG攝象機(jī)的靈敏度高 8db。這就是說， CCD攝象機(jī)之所以多使用光閘，是因為它的主要性能已優(yōu)于管式 ENG攝象機(jī)，是因為它的主要性能已優(yōu)于管式 ENG攝象機(jī)，這樣既能提高動態(tài)分辨力，又能保證圖象質(zhì)量不低于管式攝象機(jī)的水平，這也是 CCD攝象機(jī)多使用光閘的又一個主要原因。這在物體快速運動，曝光時間很小的情況下較為明顯。曝光時間越短，運動不連續(xù)感越強(qiáng)。 總之，由于 CCD攝象機(jī)的性能優(yōu)越，為提高動態(tài)分辨力而使用光閘提供了一個重要先決條件。因此，在使用 CCD攝象機(jī)時一定要根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)钠毓鈺r間。盡量增加像機(jī)靈敏度。 目前有很多 CCD攝象機(jī)還達(dá)不到或接近管式 ENG水平，因此在使用時更要注意光閘的使用條件和缺點，不可盲目使用。它完全不用機(jī)械，而是利用電子手段來完成機(jī)械光閘的作用，比機(jī)械光閘控制更加靈活方便，且控制范圍更大，在行間轉(zhuǎn)移方式和幀一行間轉(zhuǎn)移方式得到廣泛地使用。 幀一行間轉(zhuǎn)移方式電子光閘的基本構(gòu)思是：在場正程一段時間內(nèi)成象區(qū)仍按幀一行間轉(zhuǎn)移方式積累電荷。然后成象區(qū)重新積累電荷，這才是有用的電荷，直到場消隱期間，仍象正常的幀一行間方式一樣將電荷轉(zhuǎn)移、讀出。圖 12（ a)是將不需要的電荷倒出的情況，圖 12(b)是正常的幀一行間轉(zhuǎn)移方式的情況。 圖 13畫出了電荷積累、倒出、電荷積累、正常讀出的周期、控制信號與電視場時基關(guān)系圖。它由光閘控制脈沖 可變位置讀出門脈沖控制。圖 15是電荷積累、正常讀出的過程。它向右移動曝光時間相應(yīng)減小，電荷積累量也隨之減小。 日本 SONY公司生產(chǎn)的 BVP50CCD攝象機(jī)使用了上述電子光閘。 光閘速度（實際是曝光時間）一共有七檔： 1/100、 1/12 1/17 1/250、 1/500、 1/1000和 1/2022（秒），并在錄象器上顯示所使用的光閘速度。目前， SONY公司已成功地在行間轉(zhuǎn)移方式使用電子光閘，如業(yè)務(wù)級 DXCM7和廣播級 BVP7，成為世界上使用電子光閘最積極的廠家之一。 圖 16是電子光閘的作用原理圖。當(dāng)快門起作用時在襯底上加上一連串脈沖（每一個脈沖出現(xiàn)在行消隱期間），于是勢阱中電勢位壘被打開，所有積累的電荷都流到襯底中。 圖 17是電子快門定時圖。圖（ b）為電子光閘起作用時所加的一連串脈沖。 參 考 文 獻(xiàn) [1] : ― New Advance in CCD Imagers‖.SMPTE,May 1988 [2] Gurley and Haslett著 : ―Resolution Considerations in Using CCD Imagers in BroadeastQuslity Cameras‖. [3]1988年日本 SONY公司技術(shù)交流資料 （本文載于 《 電視技術(shù) 》 1989年第 12期） 電視攝像管 1 一：氧化鉛光導(dǎo)攝像管 在信號板的內(nèi)側(cè)是氧化鉛半導(dǎo)體光電導(dǎo)層（在視像管中是硫化銻光電導(dǎo)膜），他由很薄的三層光電導(dǎo)材料所組成。在 P型（或 N型）硅單晶的襯底上生長一層很薄的優(yōu)質(zhì)二氧化硅，再在其上發(fā)一層以很小間距排列電極條，在電極上加有適當(dāng)?shù)恼珘海ɑ蜇?fù)偏壓），它形成的電場穿過二氧化硅薄層排斥 P型（或 N型）硅中的多數(shù)載流子，于是在電極下形成一個電荷耗盡區(qū)，而在二氧化硅 硅的界面上得到一個儲存少數(shù)載流子的勢阱。 P型硅 光 電荷耗盡區(qū) 電極 +V 二氧化硅 彩色攝象機(jī) G通道的組成 預(yù)放 可控增 益放大 電纜 校正 黑斑 校正 輪廓 校正 彩色 校正 編碼器 黑白電 平切 消隱 混合 ?校正 黑電平控 制雜散 光校正 G0 G180。 B180。 一：反噪波校正 在攝像機(jī)中，由攝像管送出的信號電流是很微弱的，需要在緊靠攝像管信號電極的地方設(shè)置一個預(yù)視放器，然后送到視頻處理部分。因此，預(yù)視放器性能的好壞成為提高電視系統(tǒng)信噪比的極為重要的因素。 二：由于電視圖象信號具有 單極性的特點 ，即信號只存在于以 黑色電平為基準(zhǔn)的 一個方向，所以只要 利用箝位電路 ，把經(jīng)交流放大器后出現(xiàn)的隨圖象內(nèi)容而變化的黑色電平，重新箝定在同一電平上，就可以恢復(fù)原圖象信號的性質(zhì)。 圖象信號中直流分量的恢復(fù) 2 一：鉗位電路的作用 1：恢復(fù)直流電平（ P174圖 415） 2：消除低頻干擾（ P175圖 416） 二：鉗位電路的工作原理 1：二極管鉗位電路 2：強(qiáng)迫鉗位電路（三極管強(qiáng)迫鉗位電路） 電纜校正和黑斑校正 1 一：當(dāng)信號到達(dá)控制臺后，需要進(jìn)行提升高頻分量的處理。 三：圖象黑斑分類 1：圖象信號本身沒有崎變，只是疊加了一個不均勻的附加信號。（采用與附加信號波形相反的校正信號對有崎變的圖象信號進(jìn)行調(diào)制 2 黑斑校正 ?校正 光電轉(zhuǎn)換特性的非線形會引起圖象崎變（ ?校正），為消除這種崎變，在傳輸通道中必須設(shè)置 ?校正電路。所以在實際電路中往往采用一個 =1的放大器和一個 《 1的放大器的組合，通過調(diào)節(jié)兩個輸