CCD摄像机技术的发展趋势及应用前景

火烈鸟 · 发表于 2004-2-3 01:18:08

一、概述由于CCD摄像机所具有的各种突出优点，所以从发明至今仅20多年其发展速度惊人。近10年来，CCD摄像机的应用已深入到各个领域，可以说是跨行业、跨专业多方面应用的一种光电产品。它的用量以每年20%的速度递增。具不完全统计，1997年—1998年仅中国大陆彩色和黑白CCD摄像机的用量就达60-70万台，这些产品大多数来自国外或者由台湾地区和国内组装。从1998年日本出版的《技术市场》杂志获悉,世界上已把CCD列为未来10年可能增益100倍的高技术产品.据国外专家统计,1997年CCD世界市场规划为16亿美元,而实际上1997年为50亿美元,1998年为65亿美元.日本松下公司对CCD摄像机的世界市场进行了统计和预测,如表1所示 1995年，CCD摄像机世界市场总销售量为1106.5万台，预计到2000年，世界市场对CCD摄像机的总需求为8825万台，约为1995年需求量的8倍。据日本卡西欧计算机公司预测，到2000年世界PC机市场将增加到1亿台，若按每2台PC机就有一台用CCD摄像机作图像传输的输入装置的话，仅和PC机相结合的CCD摄像机市场量就将达到5000万台。同时，CCD摄像机能达到140万像素，像质可达到35mm摄像机的照片水平，再和磁带录像机相结合，其市场量可达2000万台。仅上述两方面的应用，到2000年CCD摄像机的市场量将达到7000万台以上。由于CCD摄像机用量的急速增加，世界上几个发达国家和地区已形成大规模CCD摄像机制造产业。从最近资料介绍来看，日本、美国、英国、荷兰、德国、俄罗斯、韩国、中国（包括台湾地区在内）等国家均投入大量的资金和人力从事CCD传感器研究以及CCD摄像机的研制和生产，其中日本、美国所生产的CCD传感器芯片和摄像机无论在质量上还是在数量上都处于领先地位。美国是世界上芯片（IC）设计、制造、加工工艺高度发达的国家。在CCD传感器和应用电视技术方面，以高清晰度、特大靶面、低照度、超高动态范围、红外波段等的CCD摄像机占有绝对优势。在航空、航天及各种制导武器方面的应用非常成功。这些产品不仅价格昂贵、而且又受到国家的严格管制。日本是一个电子工业产业化最发达的国家之一。在民用消费型光电产品的开发和生产上堪称世界第一位，尤其是CCD摄像机、摄录一体化和广播数字化电视摄录设备基本上包揽了全世界的大部分市场。由于日本本国的新产品更新换代速度很快，所以无论在产品的产量上还是在产品的质量上都占据世界首位。二、CCD传感器技术发展趋势这里我们仅就所了解的有关工业应用CCD传感器、CCD摄像机以及CCD摄像机在科研领域的应用，如电视监控、智能大厦、视频网络传输等方面的应用介绍如下。 CCD传感器有两种，第一、特殊CCD传感器，如红外CCD芯片（红外焦平面阵列器件）、高灵敏度背照式和电子轰击式CCD、EBCCD等，另外还有大靶面如2048×2048、4096×4096可见光CCD传感器、宽光谱范围（紫外光→可见光→近红外光→3-5μm中红外光→8-14um远红外光)焦平面阵列传感器等。目前已有商业化产品,并广泛应用于各个领域。第二、通用型或消费型CCD传感器在许多方面都有较大地进展，总的方向是提高CCD摄像机的综合性能。1、CCD传感器的像面尺寸向集成化各轻量化方向的发展由于制造CCD传感器的硅片和加工成本都很高，所以很希望一片6.5英寸的硅片上光刻出更多的CCD传感器芯片；以由于光刻机的进步，所以在仍保持具有很高灵敏度的特性下，CCD传感器的尺寸向1/2英寸、1/3英寸、1/4英寸、1/5英寸的方向发展。由图2可见，在1993年，1/2英寸的CCD传感器占总产量的5%;1/4英寸的CCD传感器占总产量的10%;1/3英寸的CCD传感器占总产量的85%。在1997年，在总产量比1993年增加200%以上的情况下，1/2英寸的CCD传感器仍有很大发展，已占总产量的15%（1/2英寸由于靶面较大仍有许多场合需要，尤其在科研领域中如MTV1881EX、MTV-2821CB摄像机）；1/4英寸的CD传感占总产量的60%。也就是说，1/2英寸较大靶面尺寸CCD传感器仍有很大增长。 1/4英寸的CCD传感器的产量比1/3英寸的CCD传感器来说，占总产量的比例在减少。2、CCD传感器向高素数、多制式发展由图1可见，各种CCD传感器的像面尺寸在减少，但其像素数在增加，已由早期的512（H）×596(V)向795（H）×596（V）发展,甚至出现超过百万像素的CCD传感器。为提高水平方向和垂直方向的分辨能力，已从通常的隔行扫描向逐行扫描格式发展。3、降低CCD传感器的工作电压、减少功耗在初期研制的CCD摄像机有+24V、+22V、+17V和+5V等，目前通用的为+12V。为配合PC摄像机和网络图像传输的应用，逐步以+12V和+5V两种工作电压为主。4、提高CCD摄像机的制造效率为了降低CCD摄像机的制造成本，实现高速自动化生产，制造厂家追求紧密性结构，致力于CCD摄像机的小型化，即由Dip On Board（DOB）过锡板工艺改进为Chip On Board（COB）板上连接IC芯片的贴片方式。到目前为止，已实现多层板的Multi Chip Module（MCM）多芯片集成模组化制造技术。5、CCD摄像机的数字化 &nbs