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CCD相机的参数详解

已有 19171 次阅读 2014-2-10 13:00 |系统分类:科普集锦| CCD相机

CCD相机的参数有很多,每一个参数都有其各自的含义,代表着一定的相机性能。对这些参数有一定的了解,能帮助我们选购一款适合自己需要的CCD相机。

 

1、像素:这个是常见的参数。在芯片确定的情况下,像素越高,灵敏度越低,两者是反比关系,所以像素不是越高越好,在像素够用的情况下应尽量优先确保灵敏度。

2、动态范围:实际上这个参数取决于另外2个参数。动态范围=20Xlog10(满井电子/总噪音)这个参数越高也表征CCD的灵敏度越高

3、满井电子:从动态范围的计算看的出来,满井电子数越大越好;

4、噪音:简单理解就是杂信号,有读出噪声和暗噪声,读出噪声相机电子元件处理图象时的额外噪音,与电子效率有关。

5、制冷:CCD工作时温度会升高,这会产生噪音,尤其是长时间曝光(若荧光拍摄等情况需要较长的曝光时间),如果把温度降低,可以减少这类噪音,所以大家看到有冷CCD。制冷方式有很多,比如装风扇、半导体制冷、水循环制冷,还有用液氮制冷的,制冷越低,降噪越好,但是成本也就越高。

6、灰阶:一般是写的多少bit,这个值高点好些,这样在一些层次比较多或者不容易区分的图片的拍摄上会有帮助,常见的是医院血液科的血涂片拍摄:红血球非常薄而且多,经常在镜下观察时会发现有不少是有重叠的,人眼还比较好区分重叠的部分,但是换到CCD上面的话,基本需要12bit以上了,最好是14bit的。对于做灰度分析或者荧光定量分析的,灰阶还是高点好;

7、芯片尺寸:因为像素和灵敏度的反比关系,所以芯片尺寸自然是大的好些;

8、速度:这个自然是越快越好,不过要注意区分:速度分为读出速度,预览速度,采集速度;读出速度高不一定预览、采集就快,因为它还受后面接口、电脑等的影响;预览速度受分辨率影响,采集速度相对好点,因为他的变动基本上就只有电脑配置高低影响了;

9、接口:最常用的是 USB接口,1394其次,还有就是串口;

10binning:这是提高CCD预览、采集的常见方法,支持的binning越高,速度也就能提的更高,不过会牺牲分辨率——其实它就是把几个像素当作一个像素计算,比如2X2,就是把4个像素当作一个像素;

11、曝光时间:支持的时间越长,在拍摄弱光的时候会好些;至于说最小曝光时间,原理上可以侧面反应CCD的灵敏度,但是需要参考的条件比较多

12GAIN:一个信号放大的参数,GAIN越大,所需要的曝光时间也就越短,但是相应的噪音也就会增加;

以上是经常看到的一些参数,把这几个参数弄明白了,基本上就知道如何选购一款比较适合的CCD相机了。


CCD技术所为人津津乐道的是像素的快速增长。大家都沉迷于像素快速增长的乐趣,昨天你的相机是五百万象素,今天我就推出八百万象素的相机,明年便是一千万象素,天真的认为越高像素拍出的图像会越清晰对我们的分析能有更多的好处。

但是当制造商站在用户的角度上的时候,用户真正需要的是什么?用户要的是最好的成像质量的图片,这个图片能帮他发现更多的细节,突破肉眼的极限,能帮他做出更好的文章。

那么成像质量的重要因素是什么?究竟什么影响着我们拍摄的图片?

其实这一切中最重要便是CCD的尺寸,在成像领域的重要性,应该使用这个公式:CCD尺寸CCD分辨率

除了尺寸你也许还听过很多其他的名词:曝光宽容度、信噪比、灵敏度,我需要告诉你的是这些都是和CCD尺寸相关的参数。

CCD的感光元件是象素,而每个象素好比可以用来储存电荷的桶,这个桶能容纳电荷的极限表明了CCD的动态范围,也就是曝光宽容度。CCD尺寸的大小直接决定了这个桶的大小。相同尺寸 CCD,当象素的体积增大,当然这会造成CCD的像素数相对减少,但是其容纳电荷的能力就越强。

从图像噪声方面,在检测方面,过多的图像噪声是检测产生错误的重要原因。而过低的灵敏度,在获取同样的图像信号时候,你需要调节更大的增益值和更长的曝光时间,正是噪声增加的罪魁祸首,而 CCD尺寸的放大,使得像素可以获得更多的光子,相机的灵敏度增加,从而使得曝光时间和增益值都不用过大,图像更加清晰,噪声更低。

这就是为什么在荧光、近红外光、电致发光、化学发光等这些微弱发光的领域,分辨率成为退而求其次的要求,而更在乎大尺寸CCD芯片的原因。





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