機電及自動化學院
《機電一體化技術》課程報告
——**數碼單鏡反光機ccd機械防抖技術
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專業： 機械電子
屆別課任老師：
**數碼單鏡反光機ccd機械防抖技術
摘要照相機自2023年由法國人發明以來，已經走過了將近200年的發展道路。在這200年裡，照相機走過了從黑白到彩色，從純光學、機械架構演變為光學、機械、電子三位一體，從傳統銀鹽膠片發展到今天的以數字儲存器作為記錄媒介。笑看浮雲遮望眼，瞬間滄海變桑田，數位相機的出現正式標誌著相機產業向數位化新紀元的跨越式發展，人們的影像生活也由此得到了徹底改變。
自從2023年10月17日，美國貝爾研究所的鮑爾和史密斯宣布發明「ccd」（電荷耦合元件）以來，這種感光元件在經過進一步完善之後，終於在今天得到了廣泛應用。4色ccd、super ccd等最新改良版不斷湧現，畫素數早已跨越了千萬畫素，而成像效果卻也已臻於完美。
與傳統相機相比，傳統相機使用「膠卷」作為其記錄資訊的載體，而數位相機的「膠卷」就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數位相機的心臟。感光器是數位相機的核心，也是最關鍵的技術。數位相機的發展道路，可以說就是感光器的發展道路。
數位相機在拍攝過程中為了清晰成像，涉及到乙個重要的問題，就是相機的防抖功能，ccd機械防抖技術是相機抖動問題的乙個較為成熟的解決方案。
本文主要簡析ccd防抖技術的原理及數位相機內部該功能的實現，使讀者對該技術有乙個初步的較為具體的認知，了解到ccd技術的發展前景。
引言 手抖無所不在，只要是手持相機攝影,多多少少都存在著抖動的問題，差別是每個人的穩定程度不同。這裡涉及到安全快門的概念,簡單來說,安全快門就是焦距的倒數,也就是快門速度達到或超過安全快門(**時間小於安全快門的**時間),這樣比較容易拍出比較清晰的**。在長焦距拍攝,低光源環境拍攝,微距拍攝的情況下,由於**時間遠遠大於安全快門的**時間,故需要有防抖動的技術去補償,不然一般攝影的結果都是不清晰的。
（ 左圖相機不具有防抖功能，右圖利用了防抖功能）
一、ccd機械防抖原理
ccd，英文全稱：charge-coupled device，中文全稱：電荷耦合元件。可以稱為ccd影象感測器。
ccd是一種半導體器件，能夠把光學影像轉化為數碼訊號。 ccd上植入的微小光敏物質稱作畫素（pixel）。一塊ccd上包含的畫素數越多，其提供的畫面解析度也就越高。
ccd的作用就像膠片一樣，但它是把影象畫素轉換成數碼訊號。ccd上有許多排列整齊的電容，能感應光線，並將影像轉變成數碼訊號。經由外部電路的控制，每個小電容能將其所帶的電荷轉給它相鄰的電容。
把ccd安裝在可上下左右移動的支架上，當ccd機械防抖系統中的角速度感測器偵測到手持相機按壓快門的抖動或旋轉時，便將抖動的方向、速度、移動量訊號放大後輸入cpu處理，cpu計算出需抵消抖動或旋轉的ccd移動量再驅動ccd進行補正。
通過對手部抖動進行定量分析，可以發現一般情況下手部抖動頻率和偏移量分布中心為：手部抖動角度0.03～0.
5度手部抖動頻率3hz～15hz。在相機中為消除這種抖動造成的影響，ccd必須向相機運動反方向移動以抵消這種偏移：先檢測出手部抖動的變位量（旋轉運動的變位量），相對於該變位量,算出像面移動了多少,發出驅動指令，將ccd驅動到新的像面位置。
二、ccd系統結構
1、ccd系統防抖模組主要由以下幾部分組成：
①振動感應器 gyro 感應器
②ccd運動感應器 hall 感應器
③**控制器 stab cpu
④移動馬達 usm超聲波驅動馬達
2、系統原理架構
ccd防抖動系統採用pid自動控制系統，通過調整pid引數使系統穩定可靠執行，達到設計目的。同時也要考慮部件對系統的影響，如power noise對gyro sense造成的測試誤差，步進馬達能否達到要求，gyro的低通、高通濾波問題等等。
（ccd防抖系統模組）
上圖顯示了ccd防抖模組的構成：
角速度感應器模組。gyro-x 和 gyro-y 為角速度感應器。◆無振動時，outa & outb輸出高電平訊號(3.
0v)；◆有振動時，outa & outb輸出相應的訊號；◆調整中,輸出的振動訊號為5hz的正弦波訊號。
②訊號放大模組。◆outa & outb的訊號分別輸入雙運放的同相輸入端；◆放大迴路中，訊號的增益為：af≈1+rf/ri
③stab cpu模組。◆vcc=2.2～5.
5v；20mhz；16kbyte；◆內部包括a/d轉換器和微處理器；◆經放大後的模擬訊號，與a/d轉換器的基準電壓比較,輸出數碼訊號；◆再經過微處理器的積分演算，算出補正量；
④驅動迴路。usm控制ic、超聲波馬達驅動ic、超聲波馬達構成驅動迴路的主體。◆ vdd=2.
5v～5.5v；◆ usm控制ic、超聲波馬達驅動ic按照cpu的命令，驅動超聲波馬達，使ccd上下左右移動。
（ccd防抖系統方塊圖）
（ccd防抖結構圖）
3、ccd防抖技術的特點
與現今其他防抖技術相比，ccd防抖技術避免了光學防抖補償方式帶來的球差問題，同時解決了困擾單反交換鏡頭的諸多體積和由此帶來的成像質量下降的各種問題。
其優點是：補正效果好，所有匹配鏡頭都能實現手振功能。然而，由於技術複雜，運用該防抖技術的裝置**較貴。由於對應高精度結構要求使得相應的製造有一定難度並增加了機身成本。
三、結束語
自2023年ccd元件誕生以來，ccd器件及其應用技術的研究取得了驚人的進展，特別是在影象感測和非接觸測量領域的發展更為迅速。隨著ccd技術和理論的不斷發展，ccd技術應用的廣度與深度必將越來越大。現如今，ccd廣泛應用在數字攝影、天文學，尤其是光學遙測技術、光學與頻譜望遠鏡，和高速攝影技術如lucky imaging。
相信，隨著科學技術的發展，以及人們對ccd技術的深入研究，這一技術將得到更加廣泛、專業的應用，在電子技術領域發揮其重要的作用，為人們的生活創造更美麗的色彩！
1王慶友《ccd應用技術》 天津大學出版社，2000.11
2《中國新技術新產品》2023年第19期
3何羽佳《數位相機的一些基本概念及其應用》
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