CCD相机 （charge coupled devices camera，CCD camera ）是指以CCD（ 电荷耦合器件 ）作为感光元件的数码相机。 该相机以CCD 芯片为核心，将自然界存在的物理图像经过光电转化，变成 电子 视频图像信号。一般包括CCD 传感器 、 驱动电路 、 信号处理 电路、接口电路、外壳及机械光学接口。
1969年10月， 贝尔实验室 的威拉德·波伊尔和 乔治·史密斯 发明电CCD，二人因此工作获得2009年 诺贝尔物理学奖 。自20世纪70年代后期开始广泛应用于 天文观测 。 1973年， 快捷半导体（苏州）有限公司 把CCD技术应用于商业领域，制造出第一只商用CCD成像器件。 1981年以后，中国将 CCD相机 应用于 载人航天 “921工程”“ 遥感 12号” 卫星 等。1990年， 伊士曼柯达公司 发布第一款CCD数码相机DCS100。 2008年后，CCD逐渐被CMOS取代。
CCD相机按照所使用的CCD器件不同可以分为线阵CCD相机和面阵CCD相机两类。线阵 CCD相机 可以直接将接收到的一维光信号转换成时序的电信号输出，获得一维的图像信号。二维面阵CCD相机将一维线型CCD相机的光敏单元及移位寄存器按照一定的方式排列成二维阵列，可以直接将二维图像转变为具有行场同步的视频信号输出。
历史沿革
研发背景
早期的 计算机 对图形图像的处理能力十分有限，且体积庞大。70年代，PC机的出现首先使办公计算机小型化。然后，80年代初16位微型计算机普及和高速发展的序幕。短短的十几年中，微型计算机在软硬件的方方面面均有了极大的提高，价格一路下降，从而使计算机进入家庭成为现实。也为 照相机 的数码化提供了条件。
不过，由于CCD技术的不成熟及周边软件缺乏，也使数码相机一度受阻。进入90年代以后， 美苏冷战 结束，大量军事方面的高科技开始转入民用市场，数字图像技术就是其中之一。另一方面，由于社会的发展，传统图像技术的局限性也就逐步显现出来，诸如过分依赖胶卷导致拍摄次数受限、后期图像处理困难，环境污染等等，这样就产生了数字图像的市场需求。
发展进程
1969年10月， 贝尔实验室的威拉德·波伊尔和 乔治·史密斯 于发明电荷耦合器件（Charge-coupled Device， CCD），二人因此工作获得2009年 诺贝尔物理学奖 。CCD是一种在 光电效应 基础上发展起来的半导体光电器件，自20世纪70年代后期开始广泛应用于天文观测，相较照相底片和光电倍增管，它具有量子效率高、动态范围大、线性好等优点。
在接下来的时间里，成百上千的科学家和工程师努力奋斗，逐步将CCD推向实用化，包括 美国 的仙童(Fairchild)、柯达泰克(Tektronix)和 德州仪器 （Texas Instruments，TI），以及 日本 的夏普（Sharp）、 索尼 （ 索尼 ）、 东芝 ( 东芝 )和 日本电气 ( 日本电气 )等公司都作出了许多贡献。航天、科学和消费等方面的应用，都得益于为解决CCD问题而从不同渠道投入的经费，但是问题还是很棘手，那是一条非常艰苦的发展之路。
1973年， 快捷半导体（苏州）有限公司 把CCD技术应用于商业领域，制造出第一只商用CCD成像器件，这开辟了CCD在工业领域的道路。80年代后期，CCD在大多数视频应用中取代了 电子管 。进入90年代后，CCD应用于分辨成像，广泛应用于专业 电子 照相、空间探测、X射线成像及其他科研领域。
1981年， 薛鸣球 调至中科院西安光学精密机械研究所工作，将研究方向瞄准空间光学，致力于中国新一代侦察 卫星 光学遥感相机的研制，研究团队研制的多种空间 电荷耦合器件 (CCD)相机，应用于 载人航天 “921工程”“遥感12号”卫星等；1993年，创建了西安光机所空间光学研究室。
1990年， 伊士曼柯达公司 在德国科隆的Photokina展示会上展出了第一台“便携式”专业数码相机DCS。次年，DCS正式上市，并被改名为DCS100。DCS100使用了一块140万像素，面积为20. 5x16.4mm的CCD，等效 焦距 倍率为1.8。90年代早期，CCD还没有能力生成高 解析度 的照片，柯达公司发布的全球首台专业数码 照相机 售价高达30000美元。1992年的 1992年巴塞罗那奥运会 上，它奉献了13张照片。
1999年，中国研制成功“ 中巴地球资源卫星 ” 卫星 多光谱CCD相机，共研制两台。2002年，首发“ 海洋一号卫星 ”多光谱 CCD相机 ，填补中国海洋卫星CCD相机的空白。
进入21世纪，市场上200万像素的数码相机基本趋于淘汰，300万和500万像素的领衔主角。CCD的像素不断增加，有的甚至已达到四色，CCD相机的功能不断被翻新，拍摄的图像效果也就越来越接近于传统相机。
变革不停
1998年，CMOS图像传感器（Complementary Metal- 氧化物 半导体 Image Sensor，CIS）诞生了。CMOS的光电信息转换功能与CCD的基本相似，区别就在于这两种 传感器 的光电转换后信息传送的方式不同。CMOS具有读取信息的方式简单、输出信息 速率 快、耗电少(仅为CCD芯片的1/10左右)、体积小、重量轻、 集成度 高、价格低等特点。从2008年开始，各大厂商都开始逐渐把背照式CMOS使用在不同的数码相机产品上。从此，CMOS图像传感器迅速发展。CCD逐渐被CMOS取代。
分类
CCD相机 按照色彩可分为黑白相机和彩色相机；按照输出信号可分为模拟相机和数字相机；按照灵敏度可分为普通灵敏度相机、高灵敏度相机（月光型和星光型）、 红外相机 ；按照 分辨率 可分为普通分辨率相机和高分辨率相机；按照CCD芯片类型可分为线阵CCD相机和面阵CCD相机；按照CCD光敏面尺寸可分为1/4.1/3、1/2.1 英寸等相机；按照制冷形式可分为制冷相机和非制冷相机；按照扫描形式可分为 逐行扫描 相机和 隔行扫描 相机；按照输出速度可分为低速相机、标准速度相机 高速相机 ；按照响应光谱可分为 可见光 相机、 紫外线 相机、 红外线 （近红外、中红外、远红外）相机。
按色彩划分
CCD相机 按照色彩可分为黑白相机和彩色相机。 CCD信号在监视器上直接进行显示， 光斑 的分布情况用彩色CCD可以直观反映出来，由于彩色CCD的三色合成，其采集到的光斑有明显的干涉条纹，破坏了光斑图像。黑白CCD相机由于不存在三色合成问题，从而避免了图像 传感器 表面的干涉现象。 通常用最低环境照度要求来表明 CCD相机 的灵敏度，黑白CCD相机的灵敏度大约是0.02 ~0.5 勒克斯 ( 勒克斯 )，彩色CCD相机多在1Lux以上。
像素排列方式
CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属— 氧化物 —半导体） 电容器 组成的阵列。在P型或N型硅衬底上生长一层很薄（约120nm）的 二氧化硅 ，再在二氧化硅薄层上依次序沉积金属或掺杂 多晶硅 电极 （ 栅极 ），形成规则的MOS电容器阵列，再加上两端的输入及输出 二极管 就构成了CCD芯片。按照像素排列方式的不同，可以将CCD分为线阵和面阵两大类。
线阵CCD
线阵CCD每次扫描一条线，为了得到整个二维图像的视频信号，就必须用扫描的方法实现。线阵CCD又分为单沟道线阵CCD和双沟道线阵CCD。
面阵CCD
按照一定的方式将一维线阵CCD的光敏单元及移位寄作器排列成二维阵列。就可以构成二维面阵CCD。面阵CCD同时曝光整个图像。
帧转移面阵CCD——优点： 电极 结构简单，感光区面积可以很小。缺点：需要面积较大暂存区。
隔列转移面阵CCD——优点：转移效率大大提高。缺点：结构较为复杂。
主要参数
以上参考
原理及应用
CCD原理
CCD是一种 半导体器件 ，能够把光学影像转化为 数字信号 。CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。像素数越高，面积越大，成像质量就越高越清晰。CCD上有许多排列整齐的 电容 ，能感应光线、储存信号并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给相邻的图像处理器来形成图像。MOS电容器是构成CCD的最基本单元，它是金属— 氧化物 —半导体（MOS）器件中结构最为简单的。
工作过程
CCD相机 以CCD芯片为核心，将自然界存在的物理图像经过光电转化，变成 电子 视频图像信号。 CCD的全称是Charge Coupled Device ，即 电荷耦合器件 ，是一种感光元件。它能将收集到的光线，以电信号的形式储存在相机之内，然后再通过相机内的其他元件转译为图片格式。 CCD的工作过程主要包括：电荷产生、电荷收集、电荷包转移和电荷包测量。 光子 入射 到CCD上激发光电子，光电子被收集在一起形成电荷包，电荷包依次从一个像素转移到另一个像素，最终传输到输出端，完成对电荷包的测量。
信号电荷的注入（产生）
在CCD中，电荷注入的方式可分为光注入和电注入两类。当光照射到CCD 硅片 上时，在 栅极 附近的半导体体内产生 电子- 空穴 对，多数 载流子 被栅极电压排斥，少数载流子则被收集在 势阱 中形成信号电荷。
电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样，然后将信号电压或电流转换为信号电荷注入到相应的势阱中。电注入常用的有电流注入和电压注入两种方式。
信号电荷的存储
CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将 入射 光子 激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。当向SiO表面的 电极 加正偏压时，P型硅衬底中形成耗尽区（ 势阱 ），耗尽区的深度随正偏压升高而加大。其中的少数 载流子 （ 电子 ）被吸收到最高正偏压电极下的区域内，形成电荷包（ 势阱 ）。对于N型硅衬底的CCD器件，电极加正偏压时，少数载流子为 空穴 。
信号电荷的传输（耦合）
CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。
信号电荷的检测
CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。其中电荷输出类型，主要有三种：电流输出、浮置栅 放大器 输出和浮置扩散放大器输出。
应用领域
CCD种类有很多， 天文观测 中常用的有全帧CCD (Full-Frame CCD， FFCCD)， 电子 倍增CCD (Electron-Multiplying CCD， EMCCD)等。全帧CCD具有高密度像素阵列，能够产生高 分辨率 的数字图像。全帧CCD在读取时，积累的电荷必须首先垂直转移到下一行，由串行读出 寄存器 水平读出每个像素，重复上述步骤，直至全部转移完毕，这称为“ 逐行扫描 ”，由于全帧CCD所有像素都参与感光，因此在电荷传输时，这些像素将被用于处理电荷传输而不能继续捕捉新的影像。这时如果 探测器 继续接受光线，就会影响成像质量，所以全帧CCD需要配备机械 快门 ，用于探测器读出过程中遮挡入射光。机械快门的缺点是存在快门效应、故障率高、使用寿命有限等。
CCD相机 可以随时、方便的捕捉图像，成像清晰度极佳，特别是对微光状态下的成像支持多重合并像素模式，创新的读出技术能够充分降低噪声，达到一个更高的灵敏度和转化效果，使得图像具有极高的 信噪比 ，在医学领域得到非常广泛的应用。
在落弹占交汇测量中，可以使用双CCD相机进行交汇测量。 还可以通过天文软件控制望远镜或 CCD相机 进行 天文观测 。
研发意义及影响
CCD的发明具有划时代的意义，它的出现使得人类捕捉信息达85%的眼睛这个重要器官得到了极大扩展与延申。促进CCD快速发展主要有三个因素：首先，CCD的尺寸小，重量轻，消耗功率少，超低噪声， 动态范围 较大，线性良好，可靠，耐用。第二，这种器件在形状、快速、外形质量和成本方面能与真空管抗衡。第三，空间成像应用需要新的 探测器 。市场应用的结果证明CCD是科学领域的一项重大技术变革。它在被忽视数十年之后，能获得2009年的 诺贝尔奖 可谓实至名归。
相机区别
以上参考