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影像CCD相关知识介绍
2018.09.13
CCD是什么？ CCD 是电荷耦合器件，一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等—系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。 CCD的作用是什么？ CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。 CCD相关技术参数 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，两个是反比关系；所以像素不是越高越好，建议在像素够用的情况下尽量优先确保灵敏度；至于像素什么时候够用， 100×（n.a.1.40）物镜，0.63×接口，所需要的分辨率大约为1139 * 858，也就是100万像素； CCD相素 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=20×log10(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； 满井电子 4. 噪音：简单理解就是杂信号，有读出噪声和暗噪声,相机电子元件处理图象时的额外噪音，与电子效率有关。读出速度快，噪声大；温度高，暗噪声大； 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，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：有的厂家是写读出速度，有的是写预览速度，有的是写采集速度；读出速度高不一定你预览、采集就快，因为它还受后面接口、电脑等的影响；预览速度比较的时候注意分辨率是多少，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：影响速度的一个重要环节，一般来说速度是usb最慢，1394其次，串口快；不过兼容性比较就完全相反； 10. binning：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2×2，就是把4个像素当作一个像素； 11. 曝光时间：这个参数我个人习惯是看能曝光多长时间，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，所以我是很少去注意这个参数； 12. gain：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。
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