盡管 CMOS 成像器很方便，但 CCD 成像器仍然占有一席之地。如果您確實(shí)需要低光性能，請(qǐng)考慮采用 EMCCD 技術(shù)的設(shè)備，例如 KAE-02152。

CCD 和 CMOS 圖像傳感器都將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但是關(guān)于這兩種技術(shù)在性能和實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)方面的差異有很多可以說(shuō)的。本文不是進(jìn)行深入比較的地方。相反，我將提供一個(gè)我認(rèn)為相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的總結(jié)，盡管它可能構(gòu)成危險(xiǎn)的過(guò)度簡(jiǎn)化：CMOS 傳感器更易于使用，但通常它們的成像質(zhì)量不如 CCD。
 

什么是 CCD 圖像傳感器？

CCD代表電荷耦合器件；如您所見(jiàn)，嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，術(shù)語(yǔ)“CCD”與成像無(wú)關(guān)。它只是指電荷的運(yùn)動(dòng)。

KAE-02152數(shù)據(jù)表中這張圖表中的曲線傳達(dá)了這樣一個(gè)事實(shí)，即來(lái)自 CCD 像素的電荷確實(shí)正在向成像器的外圍移動(dòng)，并終到達(dá)輸出引腳。

然而，“CCD”幾乎完全與 CCD 成像器相關(guān)聯(lián)，這可能是因?yàn)槌上衿魇且蕾?lài)于 CCD 技術(shù)的廣泛使用的設(shè)備。

CCD 功能的本質(zhì)是電荷從成像器內(nèi)部移動(dòng)到圖像數(shù)據(jù)輸出引腳，從而生成由每個(gè)像素位置的光強(qiáng)度控制的模擬信號(hào)。數(shù)字圖像是通過(guò)對(duì)該模擬信號(hào)進(jìn)行采樣而產(chǎn)生的。（顯然，在正確的時(shí)刻進(jìn)行采樣并跟蹤哪個(gè)樣本對(duì)應(yīng)于哪個(gè)像素涉及很多細(xì)節(jié)——更不用說(shuō)保持電荷移動(dòng)所需的精心生成的控制信號(hào)了。）

下圖讓您了解 CCD 輸出信號(hào)如何根據(jù)逐個(gè)移動(dòng)通過(guò)設(shè)備的電荷包而變化。您可以看到電荷的移動(dòng)與 H2L 時(shí)鐘信號(hào)同步。

圖表取自 KAE-02152數(shù)據(jù)表。

當(dāng) CCD 不夠好時(shí)

KAE-02152 的主要賣(mài)點(diǎn)是其在照明條件方面的多功能性。ON Semi 令人驚訝的詩(shī)意營(yíng)銷(xiāo)口號(hào)是“從陽(yáng)光到星光”——換句話(huà)說(shuō)，KAE-02152 可以在環(huán)境照明強(qiáng)度發(fā)生巨大變化的情況下保持圖像質(zhì)量。

通過(guò)使用稱(chēng)為電子倍增 CCD 或 EMCCD 的東西可以增強(qiáng)低光性能。EMCCD 技術(shù)做的事情很復(fù)雜，我沒(méi)有資格詳細(xì)說(shuō)明，終結(jié)果是噪聲更低，從而在低光照條件下實(shí)現(xiàn)更高的信噪比 (SNR)（因?yàn)榈凸庹找馕吨托盘?hào)電平）。

來(lái)自 CCD 像素的電荷包可以通過(guò)傳統(tǒng) CCD 輸出或 EMCCD 輸出進(jìn)行路由。你怎么知道使用哪一個(gè)？

好吧，首先要了解的是，EMCCD 僅在您處理低光照水平時(shí)才有用；與使用普通 CCD 相比，向 EMCCD 發(fā)送更高值的像素?cái)?shù)據(jù)實(shí)際上會(huì)導(dǎo)致更低的 SNR。所以你必須選擇一個(gè)閾值來(lái)決定使用哪個(gè) CCD，第 32 頁(yè)有一些關(guān)于閾值選擇的具體指導(dǎo)。

提高 CCD 的圖像質(zhì)量

如果您確實(shí)需要限度地提高圖像質(zhì)量，則必須找到降低 CCD 溫度的方法。KAE-02152 的數(shù)據(jù)表稱(chēng)較低的溫度是有益的，因?yàn)樗梢詼p少暗電流噪聲和圖像缺陷。

圖表取自 KAE-02152數(shù)據(jù)表。

在我看來(lái)，冷卻 CCD 也會(huì)減少與設(shè)備其他各個(gè)部分相關(guān)的熱噪聲，但也許我錯(cuò)了，或者這些噪聲源可能包含在“暗電流噪聲”的參考中。

無(wú)論如何，您可以在上圖中看到，隨著溫度從室溫降至 0°C，暗信號(hào)迅速減弱。顯然，室溫操作遠(yuǎn)非理想。但是，將您的成像努力限制在寒冷的自然場(chǎng)景中也不太理想。

幸運(yùn)的是，ON Semi 有一個(gè)解決方案：兩種 KAE-02152 封裝選項(xiàng)之一包括一個(gè)熱電冷卻器。請(qǐng)記住，如果您計(jì)劃在熱帶地區(qū)拍攝照片時(shí)尋求圖像質(zhì)量，則您的電源必須更大一些：

圖表取自 KAE-02152數(shù)據(jù)表。