對于一個CCD相機系統而言，其核心器件CCD傳感器的性能直接影響整個相機系統的性能，而保障其發揮優良的設計難點在于高可靠性的驅動、偏置等與圖像采集電路相關的設計，這給設計者帶來了很大的麻煩。因此，設計出穩定可靠的CCD圖像采集電路是保證CCD傳感器乃至CCD相機系統正常發揮其功能的重要條件。

　　1 CCD相機圖像采集電路結構

　　CCD相機圖像采集電路結構如圖1所示。CCD傳感器接收前端光學系統的成像，偏壓電路為CCD傳感器提供必需的偏置電壓，可編程邏輯器件產生的時序脈沖經過驅動電路對CCD進行控制采集，輸出保護電路可對CCD進行有效地防護保護，預處理電路對CCD輸出的帶噪模擬信號進行處理后便于后續電路使用。

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　　2 CCD傳感器的選用

　　CCD傳感器分為面陣CCD傳感器和線陣CCD傳感器。線陣CCD所需要的驅動時鐘較少，驅動電路設計相對簡單，面陣CCD所需要的驅動時鐘較多，時序較為復雜，驅動電路設計也相對較難。這里我們選擇DALSA公司的一款幀轉移型面陣CCD1010M，因其具有良好的抗輻射設計，是航空、航天應用中理想的圖像傳感器，而且其分辨率為1024×1024，還具有良好的抗光暈性能，信號輸出噪聲低、動態范圍大、100%光學填充效率、電荷轉移效率高等特點，滿足項目需求。它具有的多針相工藝(MPP)還能保證它在低照度下進行工作，通過延長曝光時間來記錄非常弱的信號。這款CCD有四相感光區和存儲區電極，三相水平讀出移位寄存器電極，還有一個輸出放大器。輸出方式有雙路輸出和單路輸出兩種，

　　單通道輸出單色逐行掃描圖像速度可達30幀/s，并且動態范圍大于72dB，性能較為優異。

　　2.1 FTT1010M結構

　　FTT1010M的內部結構如圖2所示。

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　　FTT1010M由感光區和存儲區構成，感光區和存儲區都由1072H×1030V個像素組成。在感光區中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘A1、A2、A3、A4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為感光區幀轉移控制時鐘。在1024個有效像素行的上面分別分布著6個黑行(Black Lines)，黑行其實就是被遮蔽的不參與光積分的像素行;在水平方向上，每行1072個像素中的有效像素(Active Pixels)為1024個，兩邊分布著2×20個黑像素(Black Pixels)和2×4個過渡像素(Overscan Pixels)，黑像素與黑行一樣也是被遮蔽的像素單元，這些單元都不參加光積分，沒有光電荷包產生，其主要作用是對CCD的輸出視頻信號進行預處理時起參考黑電平作用。過渡像素單元的作用主要是在有效像素單元與黑像素單元之間起過渡作用。

　　在存儲區中，每個像素單元在垂直方向上可以看作是被四相柵極時鐘B1、B2、B3、B4覆蓋的相互連接的四個MOS電容器共同組成，它們作為存儲區行轉移時鐘。在存儲區水平方向上分布著兩個串行輸出移位寄存器(Output Register)，寄存器內部并沒有感光單元，只有用來傳輸轉移感光電荷包的遮蔽的轉移單元，每個單元相當于被三相時鐘C1、C2、C3覆蓋，這些單元都和存儲區的像素單元相互銜接對應。其主要作用是將輸出放大器連接到水平輸出移位寄存器上。

　　2.2 FTT1010M時序設計

　　FTT1010M圖像傳感器的工作時序可以分為幀轉移時序(Frame timing)，行轉移時序(Line timing)和像素讀出時序(Pixel timing)。幀轉移時序指CCD將一幀圖像轉移輸出的時序，行轉移時序指一行像素在時鐘的驅動下完成從存儲區到水平移位寄存器轉移的時序，像素讀出時序指在一行像素在C時鐘驅動下從水平移位寄存器中逐位水平讀出的時序。

　　FTT1010M的工作過程可分為兩個階段：感光階段和轉移階段。在感光階段，圖像傳感器感光陣列進行電荷積累，存儲區進行向水平移位寄存器的電荷轉移和水平移位寄存器向輸出放大器的電荷輸出;在轉移階段，圖像傳感器主要完成所積累的電荷由感光陣列向存儲區的轉移。FTT1010M的幀時序如圖3所示。

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　　在感光階段，感光陣列在外界光源的照射下產生電荷，此階段幀轉移控制信號A1、A2、A3、A4不發生變化，感光區和存儲區之間為阻斷態，電荷不發生轉移;而存儲區在此階段處于行轉移狀態并將電荷進行輸出，行轉移的過程分為行正程和行逆程兩個階段。