CCD是贝尔实验室W.S. Boyle和G.E.Smith于1970年发明，由于它有光电转换、信息存储、延时和将电信号按顺序传送等功能，且集成度高，功耗低，因此得到飞速发展。CCD是图像采集及数字化处理必不可少的关键器件，广泛应用于科学、教育、医学、商业、工业、军事和消费领域。

CCD系统主要包括光学系统（微镜头），CCD及图像处理模块，部分还包括滤色片。

比喻：CCD就像人的视网膜，镜头相当于人的眼球，图像（信号）处理器相当于大脑。

基本原理

CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS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电容器阵列就构成了CCD芯片。

CCD工作过程有四个，原理示意图如下图。

（1）信号电荷产生；

（2）信号电荷存储；

（3）信号电荷传输；

（4）信号电荷检测与输出。

（1）信号电荷产生

CCD工作过程第一步是电荷的产生。CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，原理是半导体内光电效应（光生伏特效应）。MOS（金属-氧化物-半导体）电容器是构成CCD的最基本单元。

(2) 信号电荷的存储

CCD工作过程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，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。

（3）CCD电荷传输（耦合）

CCD工作过程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。

如下图所示为三相CCD中电荷的转移过程。

（4）信号电荷检测与输出

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。输出类型主要有以下三种：电流输出、浮置栅放大器输出和浮置扩散放大器输出。