CCD與COMS的分類(lèi)

    CCD與CMOS按成像過(guò)程可以分為2大類(lèi)：動(dòng)態(tài)（fast scan）和靜態(tài)（slow scan）；按應用場(chǎng)合不同可以分為專(zhuān)業(yè)級和民用級。常見(jiàn)的視頻聊天攝像頭（如羅技）與各種數字相機使用的分別是民用級動(dòng)態(tài)和靜態(tài)CCD/CMOS。

CCD的成像原理

    CCD成像的過(guò)程是這樣的：CCD表面被覆的硅半導體光敏元件捕獲光子后產(chǎn)生光生電子，這些電子先被積蓄在CCD下方的絕緣層中，然后由控制電路以串行的方式導出到模數電路中，再經(jīng)過(guò)DSP等成像電路形成圖像。fast scan 和slow scan最大的區別就在于光生電子導出的速度和電路系統上不同。fast scan 導出電子的頻率非?？?，以便能達到視頻級的刷新率，但這將導致電子丟失、噪聲增多、光生電子清空不徹底；而slow scan 則相反，它的電路設計重在對光生電子積蓄的保護上，導出的頻率不高，但保證傳出過(guò)程中電子丟失和損耗降到極小，它的模數轉換器動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度極高，保證了信號轉換過(guò)程不失真，同時(shí)為了減低熱效應產(chǎn)生的噪聲，一般使用Cooling 系統降溫。

    看了上面的解釋我們可以知道專(zhuān)業(yè)級的科研用攝像頭為什么那么貴了，從CCD感光層的材料和面積開(kāi)始、到光生電子的積蓄、到電子的導出電路、傳輸電路、模數轉換電路、圖像顯示電路、Cooling電路，每一步專(zhuān)業(yè)級科研攝像頭的工藝都和民用級的不同，成本都在幾十倍到幾百倍以上。目的只有一個(gè)，專(zhuān)業(yè)級攝像頭能盡可能完整的采集到所有的光信號。一般來(lái)說(shuō)，民用級攝像頭或數碼相機只能反映50%以下的光信號。

    評價(jià)CCD的基本指標

    主要包括像素值、信噪比、冷卻溫度等

    信噪比（SNR）

    信噪比真實(shí)體現攝像頭的檢測能力。所有的CCD攝像頭的廠(chǎng)家為提高攝像頭的性能，都盡力使信號（可達到滿(mǎn)井電子的數目）最大同時(shí)盡可能減少噪音。

    SNR=滿(mǎn)井電子/噪音電子=動(dòng)態(tài)范圍=最大灰階=2bit數

    在相同滿(mǎn)井電子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的監測能力，熱或者暗電流對于CCD都是噪音，噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。在曝光超過(guò)5-10秒，CCD芯片就會(huì )發(fā)熱，沒(méi)有致冷設備的芯片，“熱”或者白的像素點(diǎn)就會(huì )遮蓋圖像，圖像到處可見(jiàn)雪花。-20°C的攝像頭可以拍攝高達5分鐘的圖像，-40°C的攝像頭拍攝時(shí)間可以超過(guò)1小時(shí)。

    CCD結構設計、數字化的方法等都會(huì )影響噪音的產(chǎn)生。通過(guò)改善結構、優(yōu)化方法，同樣能減少噪音的產(chǎn)生。

    像素面積

    這個(gè)指標是在芯片的一個(gè)重要指標。像素面積越大、對光越靈敏。因為像素點(diǎn)面積有更多電子，能產(chǎn)生更多信號。大像素點(diǎn)增加靈敏度、小的像素點(diǎn)增加分辨率。要提高影像質(zhì)量就必須增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情況下，增加像素就意味著(zhù)要縮小了像素中的光電二極管。我們知道單位像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動(dòng)態(tài)范圍越窄，因此這種方法不能無(wú)限制地增大分辨率，所以，如果不增加CCD面積而一味地提高分辨率，只會(huì )引起圖像質(zhì)量的惡化。但如果在增加CCD像素的同時(shí)想維持現有的圖像質(zhì)量，就必須在至少維持單位像素面積不減小的基礎上增大CCD的總面積。而目前更大尺寸CCD加工制造比較困難，成品率也比較低，因此成本也一直降不下來(lái)，這一矛盾對于CCD而言是難以克服的。

 

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