CCD

nullCCD知识介绍CCD知识介绍成像系统组成成像系统组成UV/white epi illuminationUV/white transilluminationSampleCCD CameraLensFiltersUV/white epi illuminationCCD 概念CCD 概念CCD Charged Coupled Device: 电荷耦合器 大量的独立的光敏元件排列在一起 每个光敏元件称为像素 像素 图像的基本单位：最小的视觉显示单位. CCD结构及工作原理CCD结构及工作原理CCD结构 感光二极管（Photodiode） 并行信号寄存器（Shift Register） -用于暂时储存感光后产生的电荷 串行信号寄存器（Transfer Register） -用于暂时储存并行积存器的模拟信号并将电荷转移放大 信号放大器-用于放大微弱电信号 数摸转换器-将放大的电信号转换 成数字信号 CCD结构及工作原理CCD结构及工作原理CCD工作原理 CCD 种类-传输方式隔行传输式（Interline Transfer） -感光元件产生电信号 -电荷转移到并行寄存器 -电荷从并行寄存器转移到串行寄存器 -串行寄存器将电信号转到模拟寄存器 -放大、数摸转换、数字信息 快速-暴光和数据读出可同时进行 可采用软件控制的电子快门工作 动态范围小 CCD 种类-传输方式CCD 种类-传输方式全帧（Full Frame） -感光元件产生电信号 -电荷转移到串行寄存器 -放大、数摸转换、数字信息 动态范围宽 信噪比高 分辨率高 成像速度慢 必须借助机械快门控制暴光量 CCD 种类-传输方式CCD 种类-传输方式全转（Full Fransfer） -综合Full Frame和Interline Transfer特点，在器件上划分感光区和寄存区 -暴光和数据转移可以同时进行 保证单位像素上的感光面积 保证了拍摄速度 CCD 种类-传输方式CCD种类-采光方式CCD种类-采光方式前照式: 光从正面照射芯片形成电荷 背照式: 光从背面通过并直接进入二极管 光子效率可达到80%CCD种类-控温方式CCD种类-控温方式Cool CCD-消除热或暗电流产生的噪音 -噪音底，图像质量高 -灵敏度高，感光效果佳 -几何失真度小 -解析度稳定，补偿效果佳 -耐震动，不易受点磁场干扰 附：普通CCD暴光超过10秒，发热；-20度摄像头可拍摄5分钟图像；-40度摄像头拍摄时间可超过1小时CCD量子效率CCD量子效率量子效率（ Quantum Efficiency ）-阴极发射出的光电子数量与入射光光子的数量比，用以 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 诉CCD在不同波长下的响应值 在同一波长下QE值越高CCD品质越好 CCD对于不同波长的光的响应时间的敏感度不同 背照式CCD比前照式CCD有更好的量子效率 多数衡量QE高低是在425nm波长CCD像素指标-填充因子CCD像素指标-填充因子填充因子（ Fill Factor ）-CCD实际感光面积占像素面积的比值 理想值-100% 实际值-30%（隔行传输式CCD） 通过微型镜头（Microlenses）改善（但微型镜头的应用会影响紫外光的检测） 填充因子是影响灵敏度的一个因数CCD像素指标-井深CCD像素指标-井深井深（Well Capacity）-像素可堆积电荷的多少 多数CCD可堆积85K个电荷 高品质的CCD可堆积350K个电荷 影响灵敏度的一个因数 衡量动力学范围的一个因素CCD数字化CCD数字化数字化（Digitization）-模拟信号转换成数字信号 计算机运用2进制运算法则来将CCD采集的电信号转换成数字信号 12bit=4096；14bit=16384；16bit=65536 应用软件将运用一定的运算法则来决定最适合显示器灰度级别的数据 动力学范围动力学范围动力学范围（Dynamic Range） -描述从CCD像素值中可以得到多少数量的灰度级别的一个术语 -用来表示饱和电压（最大输出级别）与摄像头随机噪音的比率（It is expressed as the ratio of full saturation voltage(maximum output level) to the total RMS noise of the camera output.) -动力学范围并不总是和数模转换器输出的数据一致动力学范围动力学范围CCD像素合并CCD像素合并像素合并（Binning） -将相临的像素所堆积的电荷进行合并并当作一个单一的像素输出信号 -提高灵敏度（2x2bin提高4倍灵敏度） -降低分辨率（2x2bin降低一半的分辨率） CCD系统增益CCD系统增益系统增益（System Gain） -传感器中电荷输出量与输入量之比，相当与传统相机的感光度（ISO) -提高增益将会造成数字噪音的增加 -底增益可以最小话噪音得到最佳分辨率但是将损失井深从而损失灵敏度 -系统中最优化的增益值根据平衡数字化计数、井深和数字化噪音最佳值来进行设置 CCD系统读出噪音CCD系统读出噪音读出噪音（Readout Noise） 产生噪音的因素 -不能保证在电荷从CCD转移出来并数字话的时候有一个好的重复性，导致相同像素中相同电荷数量进行A/D转换时得不到相同的结果 -传感器及电路产生的随机电荷与像素中有效电荷一起被数字化 -数模转换线圈将会分散一部分有意义的转换值 降低系统噪音的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 -采用Cood CCD -减小系统增益 CCD暗电流CCD暗电流暗电流（Dark Current , Dark Count） -CCD在一定温度下每个像素在一定时间内产生的电荷数 -暗噪音大约为暗电流的平方根 CCD系统信噪比CCD系统信噪比信噪比（ Signal to Noise Ratio ） -衡量信号及噪音的关系 -表征检测的限度（灵敏度）噪音常常表现在电子元件传输或接收信号的时候CCD平场校正CCD平场校正平场校正（ Flat-Field Correction） -用增益（gain）和补偿（offset）对个别的像素给予额外的休整 两种表征CCD传感器输出误差方式： -固定图案噪音（FPN，Fixed Pattern Noise） -图像不均一响应（PRNU，Photo Response Non Uniformity） 超级CCD超级CCD超级CCD（Supper CCD） -几何形状的改变，增加光电二极管的面积，像素利用率提高33% -更接近Microlens形状，提高有效面积增加光吸收率 -排列结构更适合人眼对分辨率的要求（分辨率提高60%） CMOSCMOS互补金属氧化物半导体（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor） -核心元件：感光二极管（Photodiode） -同一像点当中包含放大器和数模转换电路（一个感光二极管和三颗晶体管） -开口率底（开口率：有效感光区与整个感光元件面积比值） -灵敏度底、噪声明显 -数模转换无法保证严格一致 CCD v.s. CMOSCCD v.s. CMOSCCD接口CCD接口接口（Camera Interface） -Camera Link：在Channel Link基础上开发可进行高速数据传输 -FireWire 及 IEEE 1394：苹果电脑公司开发，最初用于电脑外部设备的连接 -USB：高速、热插拔接口，最初用在电脑外部设备的连接 -Gigabit Ethernet：高速网络协议允许数据在网络中传输，该接口技术目前正在发展当中 CCD接口CCD接口 C-Mount F-Mount (Gel Doc, ChemiDoc, ChemiDoc XRS) (VersaDoc) Advantages Disadvantages Advantages DisadvantagesLower f/stop available Faster imaging Less expensive Increase perceived sensitivityAs f/stop decreases, spherical aberrations increase Few spherical aberrations Optically superiorMore expensive Lower the f/stop = greater expense CCD执行标准CCD执行标准CCD执行标准 CCIR（Consultative Committee for International Radio—欧洲标准 RS170（EIA）--美洲标准有用的网站有用的网站ccd.com “CCD University”, Information on dynamic range, pixel binning, types of noise and more. Pcphotoreview.com Glossary of terms on digital cameras www.photomet.com Roper Scientific Website Most camera vendors have technical notes and other articles on-line