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影像CCD相关知识介绍
2018.09.13
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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.png

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;

 

满井电子图.png

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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