行間傳輸 CCD 的幀速率
　　在本節(jié)中，我們將使用ON Semiconductor 的KAI-2020（一款 1600 × 1200 像素行間傳輸 CCD）來(lái)仔細(xì)研究幀速率和像素讀出之間的關(guān)系。
　　像素與活動(dòng)像素

　　首先，重要的是要了解傳感器的指定分辨率并不表示必須傳輸?shù)捷敵龉?jié)點(diǎn)的像素總數(shù)。 KAI-2020 被描述為 1600 × 1200 像素傳感器，但這僅指活動(dòng)像素。如下圖所示，系統(tǒng)還必須讀出終圖像中不包含的許多像素。

　　暗像素、緩沖像素和虛擬像素未合并到該圖像中，但它們?nèi)匀粫?huì)影響總讀出時(shí)間。圖表取自KAI-2020 數(shù)據(jù)表。
　　單輸出與雙輸出
　　請(qǐng)注意上圖如何有兩個(gè)水平讀出選項(xiàng)：?jiǎn)屋敵觯ㄆ渲幸恍兄械乃邢袼囟紩r(shí)鐘向左）和雙輸出（其中一半行時(shí)鐘向左，另一半時(shí)鐘向左）向右。
　　這是提高幀速率的一項(xiàng)重要技術(shù)，因?yàn)榭梢杂靡话氲臅r(shí)間讀出一行。但它也帶來(lái)了挑戰(zhàn)：系統(tǒng)的數(shù)字部分必須能夠處理兩個(gè)并行的像素?cái)?shù)據(jù)流，并且必須實(shí)施某種匹配策略來(lái)補(bǔ)償兩個(gè)模擬信號(hào)鏈中的變化。

　　以防萬(wàn)一您想知道，兩個(gè)輸出并不是上限。例如，KAF-50100（同樣來(lái)自 ON Semiconductor 的50 兆像素全畫(huà)幅CCD）有四個(gè)。

　　四輸出操作是通過(guò)合并兩個(gè)雙向水平移位寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖表取自 KAF-50100 數(shù)據(jù)表。
　　總讀出時(shí)間
　　為了確定傳輸圖像所需的時(shí)間，我們需要將像素讀出過(guò)程分解為不同的階段：
　　所有光電二極管將其積分電荷轉(zhuǎn)移到垂直移位寄存器中。
　　一行被傳送到水平移位寄存器。
　　水平時(shí)鐘導(dǎo)致線路中的每個(gè)像素通過(guò)電荷放大器傳輸?shù)狡狻?br>　　重復(fù)步驟 2 和 3，直到讀出所有行的所有像素。

　　下圖提供了此過(guò)程的直觀表示。

　　圖表取自 KAI-2020 數(shù)據(jù)表。
　　當(dāng) V1 正常施加脈沖并且 V2 呈現(xiàn)更高幅度的脈沖時(shí)，光電二極管會(huì)發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移。隨后是延遲 (t L )，然后 V1 和 V2 上的正常脈沖將行傳輸?shù)剿揭莆患拇嫫鳌＝酉聛?lái)，發(fā)生水平讀出，然后傳輸?shù)诙校缓蟀l(fā)生相同的水平讀出，依此類(lèi)推，直到到達(dá)圖像數(shù)據(jù)的末尾（在本例中為行1214）。

　　下圖指定了行時(shí)序，即與上圖中表示水平讀出的灰色陰影區(qū)域相對(duì)應(yīng)的信號(hào)活動(dòng)。

　　圖表取自KAI-2020 數(shù)據(jù)表。
　　盡管這需要一些工作，但您可以通過(guò)將讀出計(jì)時(shí)的每個(gè)單獨(dú)元素相加來(lái)準(zhǔn)確計(jì)算讀出持續(xù)時(shí)間。例如，如果水平移位時(shí)鐘的頻率為 40 MHz，則采用上面所示的實(shí)現(xiàn)方式，一行的讀出時(shí)間 (t L ) 為 t VCCD + t HD + (25 ns × 1644) + 12.5 ns。如果將其乘以行數(shù)并加上光電二極管電荷傳輸所需的時(shí)間，您就知道了總讀出時(shí)間，因此也知道了幀速率。
　　但請(qǐng)記住，只有當(dāng)積分時(shí)間始終短于讀出時(shí)間時(shí)，才可以忽略積分時(shí)間。涉及低光成像的應(yīng)用很容易需要超過(guò)總讀出時(shí)間的曝光時(shí)間。
　　影響幀速率的因素
　　即使數(shù)據(jù)表指定了幀速率，了解讀出時(shí)序的詳細(xì)信息仍然很重要，因?yàn)樘囟☉?yīng)用程序的幀速率受到許多操作特性的影響。其中包括合并的使用、應(yīng)用于水平移位寄存器的時(shí)鐘頻率以及單輸出或雙輸出的選擇。
　　此外，諸如 KAI-2020 之類(lèi)的 CCD 具有“行轉(zhuǎn)儲(chǔ)”功能，顧名思義，您可以性丟棄整行，從而避免傳輸單個(gè)行所需的所有時(shí)鐘周期。通過(guò)水平移位寄存器的像素。如果您進(jìn)行大量線路轉(zhuǎn)儲(chǔ)，您的幀速率將會(huì)大幅增加。