CCD und CMOS können je nach Bildgebungsverfahren in zwei Kategorien eingeteilt werden: dynamisch (schneller Scan) und statisch (langsamer Scan); je nach Anwendung können sie in professionelles und ziviles Niveau unterteilt werden. Gemeinsamer Video-ChatKamera(wie Logitech) und verschiedene Digitalkameras verwenden dynamische bzw. statische CCD/CMOS in ziviler Qualität.
CCD-Bildgebungsprinzip
Der Prozess der CCD-Bildgebung ist wie folgt: Das auf der Oberfläche des CCDs beschichtete lichtempfindliche Siliziumhalbleiterelement fängt Photonen ein und erzeugt durch Licht erzeugte Elektronen. Diese Elektronen werden zuerst in der Isolierschicht unter dem CCD akkumuliert und dann von der Steuerschaltung seriell an die Analog-Digital-Schaltung abgegeben. Dabei wird ein Bild durch eine Abbildungsschaltung wie etwa DSP erzeugt. Der größte Unterschied zwischen Fast Scan und Slow Scan liegt in der Geschwindigkeit des Photoelektronenexports und dem Schaltungssystem. Fast Scan exportiert Elektronen mit einer sehr hohen Frequenz, um eine Bildwiederholfrequenz auf Videoebene zu erreichen, aber dies führt zu Elektronenverlust, erhöhtem Rauschen und unvollständiger Entleerung photogenerierter Elektronen. Im Gegenteil, langsamer Scan ist das Gegenteil. Sein Schaltungsdesign konzentriert sich auf die Akkumulation photogenerierter Elektronen. Aus Schutzgründen ist die abgeleitete Frequenz nicht hoch, aber sie sorgt dafür, dass der Verlust und der Verlust von Elektronen während des Übertragungsprozesses minimiert werden. Sein Analog-Digital-Wandler hat eine extrem hohe Dynamik und Empfindlichkeit, die dafür sorgt, dass die Signalwandlung nicht verzerrt wird und gleichzeitig thermische Effekte reduziert werden. Das erzeugte Rauschen wird in der Regel durch ein Kühlsystem gekühlt.
Nachdem wir die obige Erklärung gelesen haben, können wir wissen, warum professionelle wissenschaftliche Forschungskameras so teuer sind, angefangen beim Material und der Fläche der lichtempfindlichen CCD-Schicht über die Ansammlung von fotogenerierten Elektronen bis hin zu elektronischen Exportschaltungen und Übertragungsschaltungen , Analog-Digital-Umwandlungsschaltungen und Bilder. Der Anzeigekreislauf, der Kühlkreislauf und die Handwerkskunst der professionellen wissenschaftlichen Forschungskamera unterscheiden sich in jedem Schritt von der zivilen, und die Kosten betragen das Zehn- bis Hundertfache. Es gibt nur einen Zweck. Die professionelle Kamera kann alle optischen Signale möglichst vollständig erfassen. Im Allgemeinen können zivile Kameras oder Digitalkameras nur weniger als 50% des Lichtsignals reflektieren.
Basisindikatoren zur Bewertung von CCD
Beinhaltet hauptsächlich Pixelwert, Signal-Rausch-Verhältnis, Kühltemperatur usw.
Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
Das Signal-Rausch-Verhältnis spiegelt wirklich die Erkennungsfähigkeit der Kamera wider. Um die Leistung der Kamera zu verbessern, versuchen alle Hersteller von CCD-Kameras ihr Bestes, um das Signal (die Anzahl der Elektronen, die das Maximum erreichen können) zu maximieren und gleichzeitig das Rauschen so weit wie möglich zu reduzieren.
SNR = Full-Well-Elektronik / Rauschelektronik = Dynamikbereich = maximale Grauskala = 2 Bit-Zahl
Bei dem gleichen elektronischen CCD mit vollem Well kann die Reduzierung des CCD-Rauschens die Überwachungsfähigkeit des CCD verbessern. Hitze oder Dunkelstrom ist ein Rauschen für das CCD, und das Rauschen kann im Grunde durch das tiefkühlende Peltier im Cool CCD eliminiert werden. Wenn die Belichtung 5-10 Sekunden überschreitet, erwärmt sich der CCD-Chip. Ohne Kühlgerät bedecken die “heißen” oder weißen Pixel das Bild und Schneeflocken sind überall im Bild zu sehen. Die Kamera mit -20°C kann bis zu 5 Minuten Bilder aufnehmen, und die Kamera mit -40°C kann mehr als 1 Stunde brauchen.
Das Design der CCD-Struktur, das Digitalisierungsverfahren usw. beeinflussen die Rauscherzeugung. Durch Verbesserung der Struktur und Optimierung der Verfahren kann auch die Geräuschentwicklung reduziert werden.
Pixelbereich
Dieser Indikator ist ein wichtiger Indikator im Chip. Je größer der Pixelbereich, desto lichtempfindlicher ist er. Da sich im Pixelbereich mehr Elektronen befinden, können mehr Signale erzeugt werden. Große Pixel erhöhen die Empfindlichkeit und kleine Pixel erhöhen die Auflösung. Um die Bildqualität zu verbessern, ist es notwendig, die Pixel des CCD zu erhöhen. Wenn die Größe des CCDs festgelegt ist, bedeutet daher eine Vergrößerung der Pixel eine Verringerung der Fotodioden in den Pixeln. Wir wissen, dass je kleiner die Fläche des Einheitspixels ist, desto geringer die lichtempfindliche Leistung, desto niedriger das Signal-Rausch-Verhältnis und desto enger der Dynamikbereich. Daher kann dieses Verfahren die Auflösung nicht unbegrenzt erhöhen. Wenn Sie den CCD-Bereich nicht vergrößern und die Auflösung blind erhöhen, wird daher nur die Bildqualität beeinträchtigt. Wenn Sie jedoch die vorhandene Bildqualität beibehalten möchten, während Sie die CCD-Pixel erhöhen, müssen Sie die Gesamtfläche des CCD erhöhen, während Sie mindestens die Fläche des Einheitspixels beibehalten. Gegenwärtig ist es schwieriger, größere CCDs zu verarbeiten und herzustellen, und die Ausbeute ist relativ niedrig, so dass die Kosten nicht reduziert wurden. Dieser Widerspruch ist bei CCDs schwer zu überwinden.
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