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CCD的灵敏度相关知识简介

  CCD是工业相机的关键组件之一,其作用是将光线转换成电信号,类似于人的眼睛,因此其性能的好坏将直接影响到摄像机的性能。

    衡量CCD好坏的指标很多,有像素数量,CCD尺寸,灵敏度,信噪比等。像素数是指CCD上感光元件的数量。相机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成,每个点就是一个像素。显然,像素数越多,画面就会越清晰,如果CCD没有足够的像素的话,拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响,因此,理论上CCD的像素数量应该越多越好。但CCD像素数的增加会使制造成本以及成品率下降,而且在现行电视标准下,像素数增加到某一数量后,再增加对拍摄画面清晰度的提高效果变得不明显,因此,一般一百万左右的像素数对一般的使用已经足够了。

    CCD将光能转换成电荷的效率,又称光注入电荷能力,取决于多个因素。其相互间的关系如下所示:

Qin=k·A·Noe·tc 

Qin为注入电荷量;

k为固定系数;

A为光敏单元的受光面积;

Noe为入射光的光强;

tc为光注入时间。

    从上式可以看出,k和半导体材料有关;A和CCD的晶片尺寸和结构有关,k和A决定了该相机的灵敏度。尤其是受光面积A,更是影响灵敏度的关键;Noe与入射光的光谱和光强有关。在k及A都确定后,光注入的电荷就只与Noe和时间tc成正比了,也就是说和投影到光敏像元上的光强度和光照的累积时间成正比。控制累积时间tc,就是控制CCD的曝光时间,为CCD设计电子快门提供了基础。

    相机的灵敏度和动态范围一样,也与噪音有关。假设噪音的的方差σ等效于100个光电子,那么为了保证从噪音中检出信号,信号至少应大于3σ才能较稳定地被检出,也就是最小可检出信号,即灵敏度应为300个光电子。现代CCD图像传感器芯片的灵敏度已能达到小于10个光电子。