CCD，英文全稱：Charge-coupled Device，中文全稱：電荷耦合元件?？梢苑Q為CCD圖像傳感器，也叫圖像控制器。CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。一塊CCD上包含的像素?cái)?shù)越多，其提供的畫(huà)面分辨率也就越高。CCD的作用就像膠片一樣，但它是把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電荷信號(hào)。CCD上有許多排列整齊的光電二極管，能感應(yīng)光線，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，經(jīng)外部采樣放大及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)。

　　CCD圖像傳感器可直接將光學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電流信號(hào)，電流信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)圖像的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點(diǎn)是：1.體積小重量輕；2.功耗小，工作電壓低，抗沖擊與震動(dòng)，性能穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)；3.靈敏度高，噪聲低，動(dòng)態(tài)范圍大；4.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無(wú)殘像；5.應(yīng)用超大規(guī)模集成電路工藝技術(shù)生產(chǎn)，像素集成度高，尺寸精確，商品化生產(chǎn)成本低。因此，許多采用光學(xué)方法測(cè)量外徑的儀器，把CCD器件作為光電接收器。

　　CCD從功能上可分為線陣CCD和面陣CCD兩大類。線陣CCD通常將CCD內(nèi)部電極分成數(shù)組，每組稱為一相，并施加同樣的時(shí)鐘脈沖。所需相數(shù)由CCD芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，結(jié)構(gòu)相異的CCD可滿足不同場(chǎng)合的使用要求。線陣CCD有單溝道和雙溝道之分，其光敏區(qū)是MOS電容或光敏二極管結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單。它由光敏區(qū)陣列與移位寄存器掃描電路組成，特點(diǎn)是處理信息速度快，外圍電路簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制，但獲取信息量小，不能處理復(fù)雜的圖像（線陣CCD如右圖所示）。面陣CCD的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜得多，它由很多光敏區(qū)排列成一個(gè)方陣，并以一定的形式連接成一個(gè)器件，獲取信息量大，能處理復(fù)雜的圖像。

　　CCD工作原理

　　CCD的特點(diǎn)

　　1、高解析度（HighResolution）：像點(diǎn)的大小為μm級(jí)，可感測(cè)及識(shí)別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。從早期1寸、

　　1/2寸、2/3寸、1/4寸到現(xiàn)在的1/9寸，像素?cái)?shù)目已從初期的10多萬(wàn)增加到千萬(wàn)像素，以后還有繼續(xù)增加的趨勢(shì)。

　　2、低躁聲（LowNoise）高敏感度：CCD具有很低的讀出噪聲和暗電流噪聲，因此有比較高的信噪比（SNR），同時(shí)具有高敏感度0.0003～0.0005LUX甚至0LUX低光度的入射光也能檢測(cè)到，其信號(hào)不會(huì)被噪聲掩蓋，所以CCD的應(yīng)用基本不受氣候的限制；

　　3、動(dòng)態(tài)范圍廣（HighDynamicRange）：通過(guò)

　　數(shù)字處理的CCD信號(hào)，其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)到400%，專業(yè)級(jí)可達(dá)到600%，可同時(shí)適用于強(qiáng)光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號(hào)反差現(xiàn)象；

　　4、良好的線性特性曲線（Linearity）：入射光源強(qiáng)度和輸出信號(hào)大小成良好的正比關(guān)系，能很好地反映被攝圖像的細(xì)節(jié)層次，降低信號(hào)補(bǔ)償處理成本；

　　5、光子轉(zhuǎn)換效率高（HighQuantumEfficiency）：很微弱的入射光照射都能被記錄下來(lái)，若配合影像增強(qiáng)管及投光器，即使在黑夜遠(yuǎn)處的景物仍然還可以拍攝到；

　　6、大面積感光（LargeFieldofView）：利用半導(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的CCD晶片，目前與傳統(tǒng)膠片尺寸相當(dāng)?shù)?5mm的CCD已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中，成為取代專業(yè)光學(xué)相機(jī)的關(guān)鍵元件；

　　7、光譜響應(yīng)廣（BroadSpectralResponse）：從0.4～1.1μm，能檢測(cè)很寬波長(zhǎng)范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；當(dāng)然根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和要求，需用濾色片或復(fù)合濾色片；

　　8、低影像失真（LowImageDistortion）：使用CCD感測(cè)器，其圖處理不會(huì)有失真的情形，使原物體表面信息忠實(shí)地反應(yīng)出來(lái)；

　　9、體積小、重量輕：CCD具備體積小且重量輕的特性，應(yīng)用廣泛

　　10、低耗能，不受強(qiáng)電磁場(chǎng)影響；

　　11、電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊；

　　12、可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。有些燒壞的CCD像素，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的帶電工作后，能自我恢復(fù)。

　　CCD主要生產(chǎn)廠商：

　　CCD產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占了全球98.5％的市場(chǎng)份額，在技術(shù)發(fā)展方面，主要廠商應(yīng)為索尼、飛利普，NEC和柯達(dá)公司。

　　CCD的工作原理

　　1、CCD（ChargeCoupledDevice）意即電荷耦合器件，是一種特殊的半導(dǎo)體?，F(xiàn)在都習(xí)慣用CCD當(dāng)作圖像傳感器的代名詞?，F(xiàn)在的CCD圖像傳感器由三層組成：第一層：微透鏡頭；第二層：分色鏡片；第三層：感光、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)移電荷（CCD）層。如下圖：

　　2、CCD工作的基本原理：CCD的感光面是若干個(gè)獨(dú)立光刻單元的集合，它能存儲(chǔ)由光或電激勵(lì)產(chǎn)生的信號(hào)電荷，當(dāng)對(duì)它施加特定時(shí)序的脈沖時(shí)，其存儲(chǔ)的信號(hào)電荷便能在CCD內(nèi)作定向傳輸，并輸出電信號(hào)。下圖為行間轉(zhuǎn)移CCD（IT:InterlineTransfer）的工

　　作原理圖：

　　3、CCD的物理結(jié)構(gòu)，CCD有表面（溝道）CCD（SCCD）和埋溝CCD（BCCD）兩種基本類型。首先將一塊半導(dǎo)體基板通過(guò)光刻劃分成行×列的矩陣狀，示意如下圖示（4×8=32個(gè)像素單元）：

　　每個(gè)單元為一個(gè)像素單元，在每個(gè)像素單元里，制作出一個(gè)光感區(qū)（光感二極管）、電荷儲(chǔ)存區(qū)、電荷轉(zhuǎn)移區(qū)和益漏溝槽、電極等。如下圖簡(jiǎn)示：

　　從上面的示意圖（正面圖）可以看出，每一個(gè)單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素，內(nèi)含一個(gè)光感二極管和與其一起工作的開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管，轉(zhuǎn)移儲(chǔ)存器，像素之間還有益流溝和轉(zhuǎn)移珊等，因此感光面約占每個(gè)像素面積的1/2左右的面積，增大感光面積很重要，因?yàn)楦泄饷娣e越大，光感二極管采集的光就越多，成像質(zhì)量就越高，但是，感光區(qū)不能把面向光線射入處都做成有效感光部份，真正能感光部分的面積只是感光區(qū)面向光線射入處部份面的60%-90%，這就是所謂的開(kāi)口率。但每個(gè)像素點(diǎn)的面積有限，目前解決的的辦法是在每個(gè)感光區(qū)前面加一個(gè)光學(xué)透鏡（索尼最先想出的解決辦法），以增加受光面積，這就是CCD上的第一層微鏡頭，這樣感光面積就由微鏡片來(lái)決定了，效果非常好。

　　4、三種典型圖像CCD的電荷轉(zhuǎn)移方式結(jié)構(gòu)示意圖

　　5、下面以行間轉(zhuǎn)移型（IT:InterlineTransfer）CCD

　　的工作流程，說(shuō)明CCD的工作原理。

　　CCD結(jié)構(gòu)如圖下所示，包含感光二極管（Photo-diode）、垂直寄存器、行信號(hào)輸出寄存器、控制柵、電荷檢測(cè)、數(shù)摸轉(zhuǎn)換器放大器等單元，其工作流程敘述如下：

　　行場(chǎng)間轉(zhuǎn)移型（IT:Interline

　　Transfer）CCD的工作流程圖

　　下面是一個(gè)面CCD圖像傳感器，現(xiàn)在說(shuō)明其從時(shí)間順序上的工作過(guò)程：

　　1、在場(chǎng)信號(hào)的正掃描期間，感光區(qū)的感光二極管將其所受光的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電子并儲(chǔ)存在感光區(qū)進(jìn)行積累；

　　2、在場(chǎng)掃描的逆掃描期（場(chǎng)消隱期），轉(zhuǎn)移控制柵從低電位轉(zhuǎn)成高電位，開(kāi)通感光區(qū)與垂直儲(chǔ)存區(qū)（CCD），使感光區(qū)儲(chǔ)存的電荷轉(zhuǎn)移到垂直儲(chǔ)存區(qū)，轉(zhuǎn)移完成后，轉(zhuǎn)移控制柵電位變成低電位，結(jié)束電荷轉(zhuǎn)移，這個(gè)過(guò)程在逆掃描期（場(chǎng)消隱期）內(nèi)完成；

　　3、在場(chǎng)的正掃描期間，儲(chǔ)存在垂直存儲(chǔ)單元中的電荷，在Vф1、

　　Vф2、Vф3、Vф4脈沖時(shí)序電壓作用下，依次將其儲(chǔ)存的電荷向下轉(zhuǎn)移到水平存儲(chǔ)單元中，每個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)程僅在每個(gè)行掃描的逆掃描期間內(nèi)完成，且每個(gè)垂直儲(chǔ)存單元在行逆程掃描期只轉(zhuǎn)移一個(gè)像素的電荷，這樣就保證每次轉(zhuǎn)移后，水平輸出CCD內(nèi)僅存有一行像素；

　　4、在行掃描的正掃期間，在Hф1、Hф2時(shí)序脈沖電壓的作用下，將已轉(zhuǎn)移到水平存儲(chǔ)單元的電荷依次向左轉(zhuǎn)移，并檢測(cè)輸出（一行圖像的掃描信號(hào)），完成一行輸出后，水平存儲(chǔ)單元內(nèi)的儲(chǔ)存電荷全部轉(zhuǎn)移出去，水平存儲(chǔ)單元清空，等待下次從垂直存儲(chǔ)單元轉(zhuǎn)

　　移電荷；在場(chǎng)正掃描期內(nèi)，完成一幅圖像的轉(zhuǎn)移輸出。

　　彩色CCD的工作原理

　　CCD的像素感光特性只對(duì)光的強(qiáng)弱有較好的正比關(guān)系，并且感光范圍超過(guò)可見(jiàn)光范圍，但CCD不能識(shí)別光的顏色，只能識(shí)別光的強(qiáng)弱，所以CCD是色盲，只能反映出圖像的黑白圖像（灰度級(jí)），如何識(shí)別彩色圖像？

　　1、三基色方案的工作原理

　　根據(jù)三基色原理，將一幅圖像分離出組成該圖像的三基色圖像紅（R），綠（G），藍(lán)（B）的三幅單色圖像（當(dāng)然也可以分離成其圖像的三補(bǔ)色的單色圖像），用三塊CCD

　　分別對(duì)其三基色圖像進(jìn)行獨(dú)立感光，根據(jù)需要，再將其三基色圖像信號(hào)合成為全彩色圖像信息信號(hào)進(jìn)行處理或輸出，這就是三CCD成像原理，如下圖所示：

　　這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)是：清晰度高，色彩還原好，后續(xù)處理方便。缺點(diǎn)是：代價(jià)高，三塊CCD同時(shí)工作并調(diào)試好才出廠；維修代價(jià)高，因?yàn)橐话憔S修，不能對(duì)三塊CCD進(jìn)行進(jìn)行光學(xué)重合調(diào)整，即使其中一塊CCD壞了，也要三塊CCD同時(shí)更換；光路設(shè)計(jì)要求高，在光通路上，要設(shè)有三基色分光鏡，將全色圖像分離出R，G，B三基色圖像分別對(duì)應(yīng)三塊CCD，且要求三塊CCD的圖像必須在物理視覺(jué)上重合，生產(chǎn)廠家必須將三塊CCD和分色鏡做在一起，所以生產(chǎn)成本較高。

　　2、彩色單CCD的工作原理

　　不同的傳感器廠商有不同的解決方案，最常用的做法是覆蓋RGB（紅綠藍(lán)）三色濾光片，以1：2：1的構(gòu)成（如圖示）

　　即由四個(gè)像點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)彩色像素（即紅藍(lán)濾光片分別覆蓋一個(gè)像點(diǎn)，剩下的兩個(gè)像點(diǎn)都覆蓋綠色濾光片），采取這種比例的原因是人眼對(duì)綠色較為敏感。而索尼的四色CCD技術(shù)則將其中的一個(gè)綠色濾光片換為翡翠綠色（英文Emerald，有些媒體稱為E通道），由此組成新的R、G、B、E四色方案。上面方案處理彩色圖像時(shí)，其清晰度只有單色CCD的1/4，為了彌補(bǔ)這

　　種損失，在CCD輸出后，通過(guò)計(jì)算，來(lái)恢復(fù)這一組（四個(gè)像素）像素每個(gè)像素的RGB信號(hào)，從而提高圖像的清晰度。

　　計(jì)算方法和恢復(fù)方法，每家公司的算法也不相同，同一幅圖像，通過(guò)不同的恢復(fù)方法（算法）得出的恢復(fù)圖像，也有差別，比如有的圖像會(huì)偏黃，有的會(huì)偏紅，甚至對(duì)某種特定的顏色會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，比如分紅色被恢復(fù)成紫色，總之不管其算法如何，都不可能完全恢復(fù)原始圖像信息，另外由于三基色的色域小于自然色域，所以，即使通過(guò)最完美的算法，其恢復(fù)后的圖像也要產(chǎn)生色彩失真，只是盡量接近原始圖像而已，另外，為何有的算法（也稱彩色矩陣）比較好，而其它公司為何不采用？這是因?yàn)槊考议_(kāi)發(fā)的算法都申請(qǐng)了版權(quán)，別的公司必須付費(fèi)后，才能使用，當(dāng)然每家開(kāi)發(fā)的算法，也會(huì)具有自己的特點(diǎn)，同時(shí)也能表現(xiàn)自己公司的開(kāi)發(fā)能力吧

　　高清攝像機(jī)CCD技術(shù)特點(diǎn)

　　CCD 像素空間偏置 DSP 圖像分辨力

　　當(dāng)前，電視節(jié)目的制作領(lǐng)域正在快速地由標(biāo)清向高清過(guò)渡，近三年來(lái)，越來(lái)越多的電視劇使用了高清拍攝，高清版用于中央電視臺(tái)高清頻道的播出及海外發(fā)行，下變換的標(biāo)清版用于標(biāo)清播出，獲得了比用傳統(tǒng)標(biāo)清攝像機(jī)更清晰的圖像效果和更好的色彩表現(xiàn)， 16:9 的畫(huà)幅比也使視野更為理想。隨著技術(shù)的發(fā)展，在高清的攝像機(jī)中應(yīng)用了更多的新功能，為攝影師提供了更多表現(xiàn)手法的手段。另外，由于高清攝像機(jī)的圖像質(zhì)量非常接近膠片的圖像，使得電影制作領(lǐng)域也在使用高清攝像機(jī)來(lái)拍攝，再通過(guò)磁轉(zhuǎn)膠的方式在傳統(tǒng)的影院放映，或者直接在數(shù)字影院放映。采用電子的拍攝手段減少了膠片的投入、直接回放縮短了拍攝周期、容易進(jìn)行電腦特技制作等優(yōu)勢(shì)，大大降低了電影的制作成本。因此，一些專門設(shè)計(jì)的針對(duì)電影拍攝者功能需求的攝像機(jī)，如可以使用電影鏡頭、完全類似膠片攝影機(jī)的操作性能、以及對(duì)應(yīng)膠片寬容度的伽瑪曲線等特性，高清攝像機(jī)在電影界得到了廣泛的應(yīng)用。

　　隨著高清應(yīng)用的增多，有關(guān)高清概念的爭(zhēng)論也越來(lái)越多，比如高清的格式、高清的跟焦、高清的景深、高清的壓縮格式等等，與標(biāo)清有明顯不同的是有關(guān) CCD 像素?cái)?shù)量的區(qū)別引起了更多的關(guān)注，甚至出現(xiàn)了“真高清”與“假高清”的說(shuō)法，例如對(duì)于常見(jiàn)的采用小于 200 萬(wàn)像素 CCD 的攝像機(jī)和 720/60p 或 720/50p 的高清格式被稱為“假高清”。其實(shí)從隔行掃描的原理來(lái)看，由于運(yùn)動(dòng)物體及物理與視在并行等原因，其主觀評(píng)價(jià)的清晰度只是總掃描線×隔行掃描系數(shù) （ 約為 60%-70%） ，因此 1080i 的垂直清晰度與 720p 的垂直清晰度并無(wú)差別。

　　攝像機(jī)首先是要將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光電轉(zhuǎn)換器件的性能對(duì)攝像機(jī)的整體性能將產(chǎn)生決定性的影響。當(dāng)前的攝像機(jī)都采用了 CCD 作為光電轉(zhuǎn)換器件， CCD 的成像原理決定了圖像進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)不是作為連續(xù)的電信號(hào)輸出，而是直接轉(zhuǎn)化為點(diǎn)陣圖像單元，因此， CCD 輸出的圖像極限清晰度將與 CCD 的原始像素?cái)?shù)密切相關(guān)，也就是說(shuō)攝像機(jī)的最終圖像分辨力與 CCD 的像素?cái)?shù)密切相關(guān)。由于 CCD 技術(shù)的成熟度很高，在標(biāo)清情況下， CCD 的像素?cái)?shù)已高于理論上的標(biāo)清分辨力極限。從數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看， Y 信號(hào)的取樣點(diǎn)數(shù)不管是 NTSC 或者 PAL 均為每行 720 個(gè)點(diǎn)， PAL 制為 720 × 576 個(gè)取樣點(diǎn)， NTSC 為 720 × 480 個(gè)取樣點(diǎn)， PAL 制總有效像素為 414720，NTSC 制總有效像素為 345600， 而目前廣播級(jí)的攝像機(jī) CCD 的像素?cái)?shù)都在 48 萬(wàn)像素以上 （ 畫(huà)幅比可調(diào)的攝像機(jī) 16:9 模式為 60 萬(wàn)像素， 4:3 模式時(shí)為 48 萬(wàn)像素 ） ，其標(biāo)稱的模擬清晰度水平已達(dá)到了 700 線至 800 線，因此大家都不再去關(guān)心 CCD 的像素?cái)?shù)，而某些更高像素的標(biāo)清攝像機(jī)，由于格式的原因，也同樣體現(xiàn)不出比 60 萬(wàn)像素?cái)z像機(jī)的圖像質(zhì)量更高。對(duì)于高清的攝像機(jī)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)， CCD 的像素?cái)?shù)出現(xiàn)了 200 萬(wàn)、 150 萬(wàn)、 120 萬(wàn)等幾種像素結(jié)構(gòu)類型，而高清的格式不管是 50i 、 60i 、 30p 、 25p 、 24p 等何種幀頻，其每幀畫(huà)面的取樣比均為 1920 × 1080 或 1280 × 720 （ 主要用于逐行格式 ） ，表面來(lái)看，顯然小于 200 萬(wàn)像素 CCD 不能滿足 1920 × 1080 高清格式的取樣點(diǎn)數(shù)，因此很多人的注意力放在了 100 萬(wàn)像素 CCD 的攝像機(jī)上，認(rèn)為這樣的攝像機(jī)在記錄格式為 50i/60i 時(shí)只能算作“假高清”，不能作為專業(yè)應(yīng)用。而實(shí)際情況真是這樣的嗎？其實(shí)不然，主要原因是忽視了在 CCD 開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)中的一些特殊的技術(shù)與工藝。

　　在標(biāo)清領(lǐng)域，大家忽略了一個(gè)問(wèn)題，按照 CCD 的像素?cái)?shù)量， PAL 制水平方向只有 768 個(gè)像素，換算成電視分辨力為 768 × 3/4 ＝ 576 電視線，因此水平清晰度不可能超過(guò) 600 線，可是多數(shù)攝像機(jī)的標(biāo)稱水平清晰度均已超過(guò) 700 線，有的甚至達(dá)到 850 線，什么原因呢？首先這是模擬分量輸出的指標(biāo)，數(shù)字輸出由于其水平取樣點(diǎn)為 720， 相當(dāng)于 720 × 3/4 ＝ 540 電視線，其指標(biāo)不應(yīng)大于 540 線。那么，超過(guò) 700 線的水平分辨力是從哪里來(lái)的呢？在標(biāo)清領(lǐng)域， CCD 技術(shù)廣泛地采用了稱為像素空間偏置 （Special Offset） 的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)工藝，正是這種技術(shù)與工藝，有效地提高了圖像分辨力和調(diào)制度指標(biāo) （ 已超過(guò) 80%） 。這種技術(shù)在高清領(lǐng)域的應(yīng)用，產(chǎn)生了顯著的效果，既平衡圖像分辨力、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、抗摩爾干擾等指標(biāo)的關(guān)系，同時(shí)匹配了記錄格式的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了高性價(jià)比，構(gòu)成理想的組合。

　　下面，首先介紹一下像素偏置技術(shù)的原理。

　　上圖是采用像素偏置技術(shù)對(duì)提高分辨力效果的示意圖，被攝對(duì)象的頻率反映的是圖像的細(xì)節(jié)，當(dāng)采用像素偏置技術(shù)時(shí)，綠色 CCD 和紅藍(lán) CCD 將取得不同點(diǎn)的圖像信息，經(jīng)過(guò) DSP 數(shù)字信號(hào)處理之后，就可以得到紅色曲線的圖像信息 （ 如物體有高于紅線的細(xì)節(jié)信息則無(wú)法得到 ） ，而不采用像素偏置技術(shù)，則只能得到如藍(lán)色曲線的圖像信息，顯然，實(shí)際輸出的圖像細(xì)節(jié)就少多了。在標(biāo)清廣播級(jí)攝像機(jī)中，目前基本上都采用了這種技術(shù)，所以標(biāo)稱水平分辨力都大于 750 電視線。

　　像素偏置的方法通常只用于水平方向，主要是由于垂直方向受掃描線數(shù)的限制，增加垂直方向的分辨力能力將沒(méi)有意義。而在高清系統(tǒng)中，還有一種 CCD 采用了水平 / 垂直兩個(gè)方向的像素偏置方法，其結(jié)構(gòu)形式與效果如下圖 ：

　　采用像素偏置的方法后，必須再通過(guò) DSP 數(shù)字處理之后，才能真正達(dá)到提高分辨力水平的效果，其工作原理為：將 CCD 輸出的 R 、 G 、 B 原始信號(hào)通過(guò)以下的處理，變換后的信號(hào)就包含了像素偏置而得到的高頻率的圖像信息。

　　計(jì)算方法為：將Ｒ、Ｇ、Ｂ信號(hào)分為低域成分Ｒ L 、Ｇ Ｌ 、Ｂ Ｌ 和高域成分Ｒ Ｈ 、Ｇ Ｈ 、Ｂ Ｈ ，進(jìn)行下記演算 ：

　　Ｒ＝Ｒ L ＋ 0.5 （Ｇ Ｈ ＋Ｒ Ｈ ）

　?。牵剑?Ｌ ＋ 0.5 （Ｇ Ｈ ＋Ｒ Ｈ ）

　?。拢剑?Ｌ ＋ 0.5 （Ｇ Ｈ ＋Ｒ Ｈ ）

　　因此，雖然 CCD 在分辨力能力中起著主要的作用，但同樣不能忽視 DSP 對(duì)分辨力的作用，兩者極佳的配合決定了攝像機(jī)整體的分辨力水平。

　　從攝像機(jī)的工作原理來(lái)看，其基本性能與部件的關(guān)系如下表：

　　◎ ： 主要因素 ○ ： 次要因素

　　在開(kāi)發(fā)高清攝像機(jī)時(shí)，面臨了許多問(wèn)題，首先就是 CCD 的技術(shù)，從像素來(lái)定義的高清格式來(lái)看，每幀圖像的像素?cái)?shù)是 1920 × 1080， 是標(biāo)清攝像機(jī)的 4 倍，在同樣尺寸的 CCD 面積上 （2/3 吋 ） 增加 4 倍數(shù)量的像素?cái)?shù)，則每個(gè)像素的面積將減小很多， 2/3 吋 220 萬(wàn)像素 CCD 的每個(gè)像素的邊長(zhǎng)只有 5 μ m ，如果同樣采用像素偏置技術(shù)，首先對(duì) CCD 組裝工藝就是一個(gè)挑戰(zhàn)，其次是對(duì)像素讀出技術(shù)和相應(yīng)的 DSP 技術(shù)提出了更高的要求。因此，目前市場(chǎng)上的高清攝像機(jī) CCD 就不全是采用像素偏置技術(shù)的。在小型攝像機(jī)系統(tǒng)中， CCD 的尺寸有 1/2 吋，或者更小的 1/3 吋，對(duì)于 1/3 吋 CCD 來(lái)說(shuō)，如果制造多達(dá) 220 個(gè)萬(wàn)像素?cái)?shù)，每個(gè)像素的面積太小，對(duì)靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍的影響將會(huì)非常嚴(yán)重，因此， 1/3 吋 CCD 的像素?cái)?shù)一般小于 100 萬(wàn)像素，主要有隔行方式的 100 萬(wàn)和逐行方式的 60 萬(wàn)像素兩種，逐行系統(tǒng)有更好的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。

　　在逐行掃描方式的 CCD 中，采用了被稱為 A.P.T 的技術(shù)，就是 Advanced Progressive Technology ，其工作原理如下圖所示。根據(jù)電視原理，每一場(chǎng)只讀取 1080 行的一半，即 540 行，隔行掃描系統(tǒng)總掃描行數(shù)要乘以一個(gè)隔行掃描系數(shù) （ 約 0.7） 才是實(shí)際的垂直清晰度， CCD 掃描系統(tǒng)在隔行工作模式下也一樣。而在逐行系統(tǒng)中 CCD 是一直工作在逐行模式下，當(dāng)這種 CCD 用于隔行系統(tǒng)的記錄時(shí)， CCD 工作模式不變，每一場(chǎng)都是讀取全部的垂直像素?cái)?shù) （720 行或 540 行 ） ，在 DSP 處理時(shí)，將 720 行 （ 或 540 行 ） 進(jìn)行交叉變換為隔行系統(tǒng)所需要的每場(chǎng) 540 行 （ 每幀 1080 行 ） ，水平方向上，根據(jù)理論分析與實(shí)踐中的測(cè)試結(jié)果，采用像素偏置后其分辨力為實(shí)際像素?cái)?shù)的 1.5 倍。