处理可变照明:CMOS Vs CCD图像传感器

尽管CMOS成像仪很方便，但CCD成像仪仍然占有一席之地。如果你真的需要低光性能，可以考虑采用EMCCD技术的设备，比如KAE-02152。

ccd和CMOS图像传感器都能将光转换为电信号，但这两种技术在性能和实现细节方面的差异有很多。本文不是进行深入比较的地方。相反，我将提供一个我认为相当标准的总结，尽管它可能构成了一种危险的过度简化:CMOS传感器更容易使用，但总体上它们的成像质量不如ccd。

什么是CCD图像传感器?

CCD为电荷耦合器件;如你所见，术语“CCD”，严格来说，与成像无关。它只是指电荷的运动。

这张图中的曲线来自KAE-02152数据表传达的事实，电荷从CCD像素确实移动到成像仪的外围，并最终输出引脚。

然而，“CCD”几乎只与CCD成像仪联系在一起，也许是因为成像仪是唯一广泛使用的依赖CCD技术的设备。

CCD功能的本质是电荷从成像器内部移动到图像-数据输出引脚，它产生模拟信号，受每个像素位置的光强度控制。数字图像是通过采样这个模拟信号产生的。(显然，在正确的时刻进行采样以及跟踪哪个样本对应哪个像素都涉及到许多细节——更不用说为了保持电荷移动而精心生成的控制信号了。)

下图可以让你了解CCD输出信号是如何随着电荷包的移动而变化的。你可以看到电荷的运动是与H2L时钟信号同步的。

图取自KAE-02152数据表。

当CCD不够好时

KAE-02152的主要卖点是它在照明条件方面的多功能性。在Semi令人惊讶的诗意营销口号是“从阳光到星光”——换句话说，KAE-02152可以保持图像质量，尽管环境照明强度有巨大的变化。

使用电子倍增CCD (EMCCD)可以增强在低光下的性能。EMCCD技术做的事情很复杂，我没有资格详细说明，最终的结果是低噪声，允许低光情况下更高的信噪比(因为低光意味着低信号水平)。

来自CCD像素的电荷包可以通过传统CCD输出或EMCCD输出路由。你怎么知道该用哪一个呢?

首先要明白的是EMCCD只有在光线较暗的情况下才有用;与使用正常的CCD相比，将较高的像素数据发送到EMCCD实际上会导致较低的信噪比。所以你必须选择一个阈值来决定使用哪个CCD第32页对阈值的选择有一定的指导意义。

提高CCD的成像质量

如果你真的需要最大化图像质量，你必须找到一种方法来降低CCD的温度。KAE-02152的数据表表明，较低的温度是有益的，因为它减少了暗电流噪声和图像缺陷。

图取自KAE-02152数据表。

在我看来，冷却CCD也可以减少与设备其他部分相关的热噪声，但也许我错了，或者这些噪声源包含在“暗电流噪声”中。

无论如何，你可以在上图中看到，随着温度从室温下降到0℃，暗信号迅速减少。显然，室温操作远非理想。但将你的成像努力限制在冬季的自然场景也不太理想。

幸运的是，ON Semi有一个解决方案:两个KAE-02152包选项之一包括一个热电冷却器。只要记住，如果你计划在热带地区拍摄最佳图像质量的照片，你的电力供应将不得不稍重一些:

图取自KAE-02152数据表。

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你是否有使用机电设备中心的经验?请留下信息丰富的评论来弥补我的无知。