Ccd камера: Видеокамера CCD, CCD матрица — Главная

Содержание

Видеокамера CCD, CCD матрица

SpyG (СпайДжи) by Spyglass Surveillance Systems. Продажа систем видеонаблюдения

Для поиска камеры воспользуйтесь Конфигуратором подбора выше

В современных цифровых камерах применяется два типа матриц: CCD (Charged Coupled Device) и CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor).

Ключевое различие между видеокамерой CCD и CMOS-камерой состоит в том, что CCD-матрица преобразует заряды пикселей в аналоговый сигнал, а CMOS-матрица в цифровую информацию.

CCD-матрицы обеспечивают для камер более низкий шумовой уровень. Также видеокамеры CCD имеют высокий динамический диапазон (чувствительность). Поэтому у видеокамеры CCD реже возникают трудности с подавлением помех и увеличением чувствительности, то есть качество получаемого изображения у видеокамеры CCD гораздо выше, чем у CMOS-камеры.

Но в отличие от камер на основе CMOS-матрицы, видеокамера CCD имеет более сложный принцип считывания сигнала и более высокий уровень энергопотребления.

А следовательно видеокамера CCD обходится дороже в производстве.

Таким образом, видеокамера CCD — это камера со сверхчувствительной матрицей. Видеокамера CCD актуальна в тех случаях, когда требуется высокое качество изображения.

В нашем ассортименте представлены IP камеры и аналоговые камеры SpyG как с матрицей CMOS, так и CCD.

Корзина

Товаров: 0 Зарегистрируйтесь

Личный кабинет позволит Вам отслеживать свои покупки и видеть оптовые цены

Обратная связь Форум

SpyG IP камеры видеонаблюдения, SpyG IP камеры, цифровые камеры SpyG, купольные камеры SpyG, аналоговые камеры, видеосервер SpyG, ПО для видеокамер SpyG, видеорегистратор SpyG, видео сервер SpyG, объектив для камер видеонаблюдения, крепление для камеры, термокожух для камер, беспроводные камеры, бескорпусные видеокамеры, POE, видеокамера CCD, видеокамера CMOS.

197343, Санкт-Петербург, ул. Матроса Железняка, 57А, офис 41 (4 этаж)
Телефон: (812) 495-68-80 |

CCD или CMOS? Что лучше?

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Сенсор изображения является важнейшим элементом любой видеокамеры. Сегодня практически во всех камерах используются датчики изображения CCD или CMOS. Оба типа датчика выполняют задачу преобразования изображения, построенного на сенсоре объективом, в электрический сигнал. Однако вопрос, какой датчик лучше, до сих пор остается открытым

Н.И. Чура
Технический консультант
ООО «Микровидео Группа»

CCD является аналоговым датчиком, несмотря на дискретность светочувствительной структуры.

Когда свет попадает на матрицу, в каждом пикселе накапливается заряд или пакет электронов, преобразуемый при считывании на нагрузке в напряжение видеосигнала, пропорциональное освещенности пикселей. Минимальное количество промежуточных переходов этого заряда и отсутствие активных устройств обеспечивают высокую идентичность чувствительных элементов CCD.

CMOS-матрица является цифровым устройством с активными чувствительными элементами (Active Pixel Sensor). С каждым пикселем работает свой усилитель, преобразующий заряд чувствительного элемента в напряжение. Это дает возможность практически индивидуально управлять каждым пикселем.

Эволюция CCD

С момента изобретения CCD лабораторией Белла (Bell Laboratories, или Bell Labs) в 1969 г. размеры сенсора изображения непрерывно уменьшались. Одновременно увеличивалось число чувствительных элементов. Это естественно вело к уменьшению размеров единичного чувствительного элемента (пикселя), а соответственно и его чувствительности.

Например, с 1987 г. эти размеры сократились в 100 раз. Но благодаря новым технологиям чувствительность одного элемента (а следовательно, и всей матрицы) даже увеличилась.

Что позволило доминировать
С самого начала CCD стали доминирующими сенсорами, поскольку обеспечивали лучшее качество изображения, меньший шум, более высокую чувствительность и большую равномерность параметров пикселей. Основные усилия по совершенствованию технологии были направлены на улучшение характеристик CCD.

Как растет чувствительность
По сравнению с популярной матрицей Sony HAD стандартного разрешения (500х582) конца 1990-х гг. (ICX055) чувствительность моделей более совершенной технологии Super HAD выросла почти в 3 раза (ICX405) и Ex-view HAD – в 4 раза (ICX255). Причем для черно-белого и цветного варианта.

Для матриц высокого разрешения (752х582) успехи несколько менее впечатляющие, но если сопоставлять модели цветного изображения Super HAD с самыми современными технологиями Ex-view HAD II и Super HAD II, то рост чувствительности составит в 2,5 и 2,4 раза соответственно. И это несмотря на уменьшение размеров пикселя почти на 30%, поскольку речь идет о матрицах самого современного формата 960H с увеличенным количеством пикселей до 976х582 для стандарта PAL. Для обработки такого сигнала Sony предлагает ряд сигнальных процессоров Effio.

Добавилась ИК-составляющая
Одним из эффективных методов роста интегральной чувствительности является расширение спектральных характеристик чувствительности в область инфракрасного диапазона. Это особенно характерно для матрицы Ex-view. Добавление ИК-составляющей несколько искажает передачу относительной яркости цветов, но для черно-белого варианта это не критично. Единственная проблема возникает с цветопередачей в камерах «день/ночь» с постоянной ИК-чувствительностью, то есть без механического ИК-фильтра.

Развитие этой технологии в моделях Ex-view HAD II (ICX658AKA) в сравнении с предыдущим вариантом (ICX258AK) обеспечивает рост интегральной чувствительности всего на 0,8 дБ (с 1100 до 1200 мВ) с одновременным увеличением чувствительности на длине волны 950 нм на 4,5 дБ. На рис. 1 приведены характеристики спектральной чувствительности этих матриц, а на рис. 2 – отношение их интегральной чувствительности.

Оптические инновации
Другим методом роста чувствительности CCD являются увеличение эффективности пиксельных микролинз, светочувствительной области и оптимизация цветовых фильтров. На рис. 3 представлено устройство матриц Super HAD и Super HAD II, показывающее увеличение площади линзы и светочувствительной области последней модификации.

Дополнительно в матрицах Super HAD II значительно увеличено пропускание светофильтров и их устойчивость к выцветанию. Кроме того, расширено пропускание в коротковолновой области спектра (голубой), что улучшило цветопередачу и баланс белого.

На рис. 4 представлены спектральные характеристики чувствительности матриц Sony 1/3″ Super HAD (ICX229AK) и Super HAD II (ICX649AKA).

CCD: уникальная чувствительность

В совокупности перечисленных мер удалось добиться значительных результатов по улучшению характеристик CCD.

Сравнить характеристики современных моделей с более ранними вариантами не представляется возможным, поскольку тогда не производились цветные матрицы широкого применения даже типового высокого разрешения. В свою очередь, сейчас не производятся черно-белые матрицы стандартного разрешения по новейшим технологиям Ex-view HAD II и Super HAD II.

В любом случае по чувствительности CCD до сих пор являются пока недостижимым ориентиром для CMOS, поэтому они все еще широко используются за исключением мегапиксельных вариантов, которые очень дорого стоят и применяются в основном для специальных задач.

CMOS: достоинства и недостатки

Сенсоры CMOS были изобретены в конце 1970-х гг., но их производство удалось начать только в 1990-е по причине технологических проблем. И сразу наметились их основные достоинства и недостатки, которые и сейчас остаются актуальными.

К достоинствам можно отнести большую интеграцию и экономичность сенсора, более широкий динамический диапазон, простоту производства и меньшую стоимость, особенно мегапиксельных вариантов.

С другой стороны, CMOS-сенсоры обладают меньшей чувствительностью, обусловленной, при прочих равных условиях, большими потерями в фильтрах структуры RGB, меньшей полезной площадью светочувствительного элемента. В результате множества переходных элементов, включая усилители в тракте каждого пикселя, обеспечить равномерность параметров всех чувствительных элементов значительно сложнее в сравнении с CCD. Но совершенствование технологий позволило приблизить чувствительность CMOS к лучшим образцам CCD, особенно в мегапиксельных вариантах.

Ранние сторонники CMOS утверждали, что эти структуры будут гораздо дешевле, потому что могут быть произведены на том же оборудовании и по тем же технологиям, что и микросхемы памяти и логики. Во многом данное предположение подтвердилось, но не полностью, поскольку совершенствование технологии привело к практически идентичному по сложности производственному процессу, как и для CCD.

С расширением круга потребителей за рамки стандартного телевидения разрешение матриц стало непрерывно расти. Это бытовые видеокамеры, электронные фотоаппараты и камеры, встроенные в средства коммуникации. Кстати, для мобильных устройств вопрос экономичности довольно важный, и здесь у CMOS-сенсора нет конкурентов. Например, с середины 1990-х гг. разрешение матриц ежегодно вырастало на 1–2 млн элементов и теперь достигает 10–12 Мпкс. Причем спрос на CMOS-сенсоры стал доминирующим и сегодня превышает 100 млн единиц.

CMOS: улучшение чувствительности

Первые образцы камер наблюдения конца 1990-х – начала 2000-х с CMOS-матрицами имели разрешение 352х288 пкс и чувствительность даже для черно-белого варианта около 1 лк. Цветные варианты уже стандартного разрешения отличались чувствительностью около 7–10 лк.

Что предлагают поставщики
В настоящее время чувствительность CMOS-матриц, безусловно, выросла, но не превышает для типовых вариантов цветного изображения величины порядка нескольких люксов при разумных величинах F числа объектива (1,2– 1,4). Это подтверждают данные технических характеристик брендов IP-видеонаблюдения, в которых применяются CMOS-матрицы с прогрессивной разверткой. Те производители, которые заявляют чувствительность около десятых долей люкса, обычно уточняют, что это данные для меньшей частоты кадров, режима накопления или по крайней мере включенной и достаточно глубокой АРУ (AGC). Причем у некоторых производителей IP-камер максимальная АРУ достигает умопомрачительной величины –120 дБ (1 млн раз). Можно надеяться, что чувствительность для этого случая в представлении производителей предполагает пристойное отношение «сигнал/шум», позволяющее наблюдать не один только «снег» на экране.

Инновации улучшают качество видео
В стремлении улучшить характеристики CMOS-матриц компания Sony предложила ряд новых технологий, обеспечивающих практическое сравнение CMOS-матриц с CCD по чувствительности, отношению «сигнал/шум» в мегапиксельных вариантах.

Новая технология производства матриц Exmor основана на изменении направления падения светового потока на матрицу. В типовой архитектуре свет падает на фронтальную поверхность кремниевой пластины через и мимо проводников схемы матрицы. Свет рассеивается и перекрывается этими элементами. В новой модификации свет поступает на тыльную сторону кремниевой пластины. Это привело к существенному росту чувствительности и снижению шума CMOS-матрицы. На рис. 5 поясняется различие структур типовой матрицы и матрицы Exmor, показанных в разрезе.

На фото 1 приведены изображения тестового объекта, полученные при освещенности 100 лк (F4.0 и 1/30 с) камерой с CCD (фронтальное освещение) и CMOS Exmor, имеющих одинаковый формат и разрешение 10 Мпкс. Очевидно, что изображение камеры с CMOS по крайней мере не хуже изображения с CCD.

Другим способом улучшения чувствительности CMOS-сенсоров является отказ от прямоугольного расположения пикселей с построчным сдвигом красного и синего элементов. При этом в построении одного элемента разрешения используются по два зеленых пикселя – синий и красный из разных строк. Взамен предлагается диагональное расположение элементов с использованием шести соседних зеленых элементов для построения одного элемента разрешения. Такая технология получила название ClearVid CMOS. Для обработки предполагается более мощный сигнальный процессор изображений. Различие структур расположения цветных элементов иллюстрируются рис. 6.

Считывание информации осуществляется быстродействующим параллельным аналого-цифровым преобразователем. При этом частота кадров прогрессивной развертки может достигать 180 и даже 240 кадр/с. При параллельном съеме информации устраняется диагональный сдвиг кадра, привычный для CMOS-камер с последовательным экспонированием и считыванием сигнала, так называемый эффект Rolling Shutter – когда полностью отсутствует характерный смаз быстро движущихся объектов.

На фото 2 приведены изображения вращающегося вентилятора, полученные CMOS-камерой с частотой кадров 45 и 180 кадр/с.

Полноценная конкуренция

В качестве примеров мы приводили технологии Sony. Естественно, CMOS-матрицы, как и CCD, производят и другие компании, хотя не в таких масштабах и не столь известные. В любом случае все так или иначе идут примерно одним путем и используют похожие технические решения.

В частности, известная технология матриц Panasonic Live-MOS также существенно улучшает характеристики CMOS-матриц и, естественно, похожими методами. В матрицах Panasonic уменьшено расстояние от фотодиода до микролинзы. Упрощена передача сигналов с поверхности фотодиода. Уменьшено количество управляющих сигналов с 3 (стандартные CMOS) до 2 (как в CCD), что увеличило фоточувствительную область пикселя. Применен малошумящий усилитель фотодиода. Используется более тонкая структура слоя датчиков. Сниженное напряжение питания уменьшает шум и нагрев матрицы.

Можно констатировать, что мегапиксельные матрицы CMOS уже могут успешно конкурировать с CCD не только по цене, но и по таким проблемным для этой технологии характеристикам, как чувствительность и уровень шума. Однако в традиционном CCTV телевизионных форматов CCD-матрицы остаются пока вне конкуренции.

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #5, 2011
Посещений: 97879

Автор

Чура Н.И.Технический консультант ООО «Система СБ» и ООО «Микровидео /Группа».

Всего статей: 57

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

AddPac VP150 — видеотелефон, экран 4,3″, CCD-камера

Компактный видео-телефон AddPac VP150 предназначен для организации видеосвязи в компаниях малого и среднего бизнеса.

Может использоваться в качестве персонального телефонного аппарата, а также быть терминалом для видеконференций (в случае подключения внешней камеры и телевизора через RCA-разъёмы).

Видеотелефон AddPac VP150 оборудован сенсорным экраном 4,3” и чувствительную CCD-камеру с VGA-разрешением. Имеется возможность регулировки наклона экрана в диапазоне от 10 до 80 градусов.

VP150 поддерживает распространенные видео-кодеки: H.263, MPEG-4, JPEG, H.264. VP150 может использоваться как для видеозвонка точка-точка совместно с АТС IPNext без приобретения доп. лицензий, так и в составе системы ВКС.

Настройка осуществляется легко и быстро благодаря удобному OSD-меню.

Видеотелефон VP150 подключается к локальной сети предприятия через 2 порта LAN/WAN (режимы Bridging, NAT), либо через USB-Wi-Fi адаптер (приобретается отдельно).

Аппаратные характеристики

RAM 64 MB SDRAM
FLASH 8 MB
Интерфейсы: 2 x Fast Ethernet 10/100TX
Разъмы RCA (video in, video out), S-Video
Подключение гарнитуры: MiniJack 3,5 мм – микрофон, MiniJack 3,5 мм – наушники
USB1. 0 (Host Mode)

Соответствие стандартам

SIP 2.0 (RFC 3261)
H.323
SSCP (протокол AddPac)
Кодеки: H.263, MPEG-4, JPEG, H.264, G711a/u-law, G.723.1, G.726, G.729ab
Поддерживаемые видеоразрешения: QCIF(176×144), CIF (352×288), QVGA(320×240), VGA(640×480)
Частота кадров: до 30 кадров в секунду
Требуемая полоса пропускания: 64Kbps ~ 4Mbps (настраиваемый параметр)
Установление соединения по IP (соединение «точка-точка»), регистрация на SIP-сервере, MCU-сервере

Дисплей

Диагональ: 4,3” TFT
Тип матрицы: сенсорная (конденсаторного типа)
Разрешение: 480×272 x 16 млн цветов

Сетевые протоколы

Fast Ethernet (авто определение скорости и режима дуплекса, прямой кабель или cross-over)
Поддержка авторизации на VPN-сервере провайдера через PPPoE, PPTP
Поддержка символа «$» в поле UserID
tagget VLAN 802. 1q (возможность регистрация в Voice VLAN и проброса Data VLAN)
Метка CoS (802.1q)
Метка QoS (DSCP)
STP/RSTP
NAT/PAT
NTP

Безопасность

Поддержка длины поля UserID до 25 символов
Поддержка длины пароля пользователя до 16 символов
Пакетный фильтр на основе листов доступа
PAP/CHAP — авторизация

Услуги оператора

Ожидание вызова
Удержание вызова (RFC2543, RFC3264)
Call transfer Unattended/Blind
Call transfer Attendant
Поддержка символов «*», «#» в номерном плане

Конфигурирование

Меню телефона OSD
Web-интерфейс
RS232 CLI
Telnet
SNMP v2

Обновление ПО

Прочее

Элекропитание от сетевого адаптера AC 200В -> DC 5В 3А, (потребляемая мощность не более 15 Вт)
Габариты ШxГxВ: 210x200x50 мм, вес: 1,0 кг
Температурный режим: эксплуатация 0°~40° , влажность 5 -95%, хранение -40°~85°

CCD камера EVI-D100P

Откройте для себя камеру PTZ Sony, предназначенную для рынка видеоконференц-связи.

Высококлассная CCD камера EVI-D100/P, совмещающая в себе высокую скорость работы, тихую операцию панорамирования/наклона с широким углом обзора и 40-кратное масштабирование (10х-кратное оптическое и 4х-кратное цифровое), размещенные в компактном, легком в обращении устройстве.

Камера EVI-D100/P располагает внушительными и инновационными свойствами, такими как авто-фокус, автоматический белый баланс и автоматический контроль выдержки, обеспечивающий быструю и стабильную работу без необходимости поддерживания руками в процессе изменения позиций панорамирования/наклона камерой.

Камеры EVI-D100/100P прекрасно конкурируют с камерами ряда EVI-D70/P. Эти модели вместе формируют линейку Sony EVI.

Тихая в работе:

Двигатели с прямым приводом определяют структуру камеры, не включающую в себя механизм переключателей, что значительно уменьшает шум от движения при панорамировании или наклоне по сравнению с традиционными моделями.
40х-кратный коэффициент масштабирования (10х-кратный Оптический + 4х-кратный Цифровой)

Скоростной и устойчивый объектив с автофокусом достигает 40-кратного масштабирования при работе в режиме без помощи рук со стабильным качеством изображения.
Встроенный объектив с преобразованием для Широкого Угла Обзора (65 градусов):

Вновь разработанный широкоугольный объектив обеспечивает широкое поле просмотра, что делает камеру идеальной для использования в помещениях небольшого размера и видеоконференциях.
Высокоскоростная головка с широким диапазоном панорамирования/масштабирования.

Камера EVI-D100/P быстро двигается к установленной позиции на высокой скорости панорамирования/масштабировоания, одной из самых высоких в своем классе.
Полностью контролируется дистанционно через RS-232C (VISCA).

Контроль всех установок камеры и функций панорамирования/наклона/масштарования дистанционно через ПК.
Многофункциональный пульт ДУ Remote Commander®.

Можно использовать легкий в использовании прилагаемый пульт дистанционного управления для контроля основный функций панорамирования/наклона/масштарования.
Функция Авто Отключение.

Камера автоматически отключается, если она не функционирует указанный период времени.
Шесть предварительно установленных позиций с помощью резервной батареи:

Интегрированная запасная батарея сохраняет предустановки панорамирования/наклона/масштарования, позицию фокусировки, режим фиксации экспозиции и автофокуса и режим белого баланса, даже когда камера выключена.
Различные эффекты изображения:

Отрицательная/Положительная Инверсия, Черно-Белое (Монохромное Изображение), и многие другие.
Великолепный дизайн качества Sony.

Интеллектуальный дизайн позволяет легко разбирать и собирать EVI-D100 в случае необходимости сервисного обслуживания.

Аналоговая камера CCD Color Camera

Аналоговая камера Euromex CCD Color Camera (VC.3032) предлагает идеальное решение для современной микроскопии в промышленности и лабораториях, где необходимы изображения в реальном времени. Эту камеру высокого разрешения можно использовать как для биологических микроскопов, так и для стереомикроскопов.

Камера оснащена очень чувствительными датчиками для применения в светлых и темных полях, а также для фазового контраста и коаксиального освещения.

Изображения в режиме реального времени, полученные с помощью этой камеры, обеспечивают исключительно реалистичные цвета без каких-либо задержек. Большинство настроек камеры выполняются автоматически и делают их идеальными для исследований в реальном времени, обучения и демонстраций. Подключение осуществляется с помощью BNC (композитный), SCART или S-video для подключения к телевизору HDMI, мониторам или проекторам.

Позволяет получать живые цвета без каких-либо задержек.
Предназначена для работы в светлом или темном поле, а также для фазово-контрастных исследований.
Режим подключения: composite, SCART или S-Video .
Подходит для биологических, металлургических или стереомикроскопов.
Интерфейс C-mount.
Удобные автоматические настройки камеры.

Скачать каталог

Кат.номер	Сенсор	Пиксели	TV линии	Баланс белого	Чувствительность	Видеовыход	Интерфейс подключения
VC.3032	1/2” CCD	473.820	580	auto/manual	auto/manual	Composite/S-Video	C-mount

Оцифровка изображений этой аналоговой камеры может быть выполнена с помощью фрейм-граббера VC.5491. Подключенное к ПК через USB-2, это устройство позволяет хранить изображения и видео.

VC.5491 USB-2 преобразует композитный или S-видео сигнал с любой аналоговой камеры в цифровые изображения и отправляет их на компьютер через соединение USB-2.

Форматы изображений: BMP, JPG, TIFF.
Разрешение изображений: 640 x 480 пикс(fixed image).
Форматы видео: AVI, MPEG-2,MPEG-4, VCD, SVCD, WMV.
Разрешение видео: 730 x 480,640 x 480, 640 x 240, 320 x 240 пикс.
Видеосистема: PAL, SECAM, NTSC.
Настройки: Brightness (яркость), contrast (контраст), hue (оттенок) и saturation (насыщенность).
Видеовыход: Composite и S-video (Y/C).
Аудиовыход: Cinch connection — stereo left/right.
Мощность:5 Vdc, max 330 mA via USB-port 2.
Минимальные требования к ПК: PC Pentium 4, 1 GHz, 128 MB RAM internal memory, a free USB-2 port, soundcard.
Операционная система: до Windows 7.

CCD color camera – кат.№ VC.3032

Mini USB-2 Video grabber – кат.№ VC.5491

Сравнение CMOS И CCD в Видеонаблюдение —

Сенсоры CCD и CMOS последние несколько лет находятся в состоянии непрерывного соперничества. В данной статье мы постараемся рассмотреть преимущества и недостатки данных технологий. ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью») или CCD-матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью. В CCD-сенсоре, свет (заряд), падающий на пиксель сенсора, передается от микросхемы через один выходной узел, или через всего лишь несколько выходных узлов. Заряды преобразуются в уровень напряжения, накапливаются и рассылаются как аналоговый сигнал. Этот сигнал затем суммируется и преобразуется в числа аналого-цифровым преобразователем, вне сенсора. КМОП (комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник; КМДП; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технология построения электронных схем. На ранней стадии, обычные CMOS-чипы использовались для отображения, однако качество картинки было низким, в связи с низкой световой чувствительностью КМОП-элементов. Современные CMOS-сенсоры изготавливаются по более специализированной технологии, что привело к стремительному росту качества изображения и светочувствительности за последние годы. CMOS-чипы обладают рядом преимуществ. В отличие от CCD-сенсоров, CMOS-сенсоры содержат в себе усилители и аналого-цифровые преобразователи, что значительно снижает стоимость конечного продукта, т.к. он уже содержит все необходимые элементы для получения изображения. Каждый CMOS-пиксель содержит электронные преобразователи. CMOS-сенсоры обладают большим функционалом и более широкими возможностями интеграции. Одной из основных проблем при использовании CMOS-матриц в видеокамерах было качество изображения. CCD-матрицы обеспечивали и обеспечивают сейчас более низкий шумовой уровень. В результате CMOS-чипы чрезвычайно плохо вели себя при низкой освещенности, по сравнению с CCD-чипами. И поскольку низкая освещенность — одна из основных трудностей при видеосъемке, это было главным барьером для использования CMOS-матриц. Однако, опыт производства, накопленный за годы развития CMOS, позволил с каждым новым поколением этих сенсоров существенно снижать фиксированные и случайные шумы, влияющие на качество картинки. Еще одно слабое место CMOS — искажения, появляющиеся при захвате динамического изображения вследствие слабой чувствительности сенсора. Изображения автомобилей могут содержать очень яркие элементы, такие как фары, солнце, а также очень темные участки, например, на номерных знаках. По этой причине для обработки сцен с большими контрастными перепадами необходим широкий динамический диапазон. ПЗС-сенсор обладает хорошими параметрами динамического диапазона, однако предусмотренный в КМОП доступ к отдельным пикселям, дает куда больше возможностей для получения лучшего динамического диапазона. Также при использовании CCD-матриц яркие пятна сцены могут создавать вертикальные линии на картинке и мешать распознаванию номерного знака из-за выцветания и смазывания. Несмотря на то что CCD-матрицы имеют более высокую характеристику чувствительности, основным фактором, ограничивающим их применение, является низкая скорость считывания заряда и, как следствие, невозможность обеспечения высокой скорости формирования изображения. Чем выше разрешение матрицы, тем ниже скорость формирования изображения. В свою очередь, технология CMOS, объединяющая светочувствительный элемент и микросхему обработки, позволяет получать высокую скорость формирования кадра даже для 3 Мп сенсоров. Однако использование мегапиксельных CMOS-сенсоров для IP-камер систем видеонаблюдения требует эффективного сжатия потока данных. Наиболее распространенными алгоритмами компрессии в IP CCTV в настоящее время являются M-JPEG, MPEG4 и H.264. Первый нередко реализуется непосредственно на CMOS-сенсоре самим производителем матрицы. Алгоритмы MPEG4 и H.264 – более эффективные, но требуют мощного процессора. Для формирования потока реального времени с разрешением более 2 мегапикселей в CMOS IP-камерах используются сопроцессоры, обеспечивающие дополнительные вычисления. В настоящее время IP-камеры на основе CMOS-сенсоров становятся все популярнее в первую очередь благодаря поддержке технологии со стороны лидеров IP видеонаблюдения. При этом их стоимость выше, чем аналогичных камер на CCD. И это несмотря на то, что технология CMOS, объединяющая аналоговую и цифровую части устройства, позволяет создавать более дешевые камеры. Ситуация такова, что сегодня стоимость IP-камеры определяется ее возможностями и характеристиками. Принципиальным является не тип матрицы, а программное обеспечение, реализуемое процессором камеры.

Преимущества CCD матриц: Низкий уровень шумов, высокий коэффициент заполнения пикселов (около 100%), высокая эффективность (отношение числа зарегистрированных фотонов к их общему числу, попавшему на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%), высокий динамический диапазон (чувствительность), хорошая чувствительность в IR-диапазоне.

Недостатки CCD матриц: Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология, высокий уровень энергопотребления (до 2-5Вт), дороже в производстве.

Преимущества CMOS матриц: Высокое быстродействие (до 500 кадров/с), низкое энергопотребление (почти в 100 раз по сравнению с CCD), дешевле и проще в производстве, перспективность технологии (на том же кристалле в принципе ничего не стоит реализовать все необходимые дополнительные схемы: аналого-цифровые преобразователи, процессор, память, получив, таким образом, законченную цифровую камеру на одном кристалле).

Недостатки CMOS матриц: Низкий коэффициент заполнения пикселов, что снижает чувствительность (эффективная поверхность пиксела ~75%,остальное занимают транзисторы), высокий уровень шума (он обусловлен так называемыми темповыми токами — даже в отсутствие освещения через фотодиод течет довольно значительный ток) борьба с которым усложняет и удорожает технологию, невысокий динамический диапазон.

Как и любая технология, технологии CMOS и CCD обладают преимуществами и недостатками, которые мы постарались рассмотреть в данной статье. При выборе камер необходимо учитывать все плюсы и минусы данных технологий, обращая внимание на такие параметры как светочувствительность, широкий динамический диапазон, энергопотребление, уровень шума, стоимость камеры.

ccd camera — Russian translation – Linguee

In particular, a CCD camera has been provided to the Rohzen Observatory […]

in Bulgaria to permit optimum use of the Observatory’s telescope (the largest in Southern

[…]

Europe), from which all researchers in the region may benefit.

unesdoc.unesco.org

В частности, в распоряжение

[…] Роженской обсерватории в Болгарии была передана камера ПЗС с целью […]

более эффективного использования телескопа обсерватории (самого большого

[…]

в Юго-Восточной Европе) в интересах всех ученых этого региона.

unesdoc.unesco.org

Currently the chargecoupled device (CCD) camera, including dewar, are at Carl Zeiss Jena for final work.

oosa.unvienna.org

На предприятии «Карл Цейсс, Йена» в

[…] настоящее время заканчивается работа над созданием фотокамеры на приборах с зарядовой связью (ПЗС), включая дьюар.

oosa.unvienna.org

In addition, any phenomenon detected by the WFI may be zoomed in

[…] by the oblique view of the CCD camera with a maximum time lag of […]

three days.

oosa.unvienna.org

Кроме того, любое обнаруженное благодаря

[…]

ШУФ явление может быть увеличено

[…] посредством косой проекции камеры на ПЗС с максимальным отставанием […]

по времени в 3 дня.

oosa.unvienna.org

The activities related both to education and research conducted using the reflector telescope since its installation were scientific

[…]

activities (photometry, spectroscopy, imagery) and experiment in

[…] instrumentation activities (fibre-fed spectrograph, CCD camera insitu testing).

oosa.unvienna.org

Мероприятия, связанные как с образовательной, так и исследовательской деятельностью, проводимой с помощью зеркального телескопа с момента его установки, включают научные

[…]

(фотометрия, спектроскопия, формирование

[…] изображений) и экспериментальные мероприятия с приборами (спектрограф с волоконным […]

фидером, камера с ПЗС, установленная

[…]

в месте проведения испытаний).

oosa.unvienna.org

In 26 days, one obtains

[…] a complete coverage of Earth that can be correlated with the images of the CCD camera.

oosa.unvienna.org

В течение 26 дней с его

[…]

помощью можно получить изображение всей

[…] поверхности Земли, которое можно сравнить с изображениями, полученными с помощью камеры на ПЗС.

oosa.unvienna.org

All models measure with a 20° CCD camera which guarantees a high degree […]

of accuracy and fast measurement procedures.

international.bosch.com

На всех моделях

[…] измерение производится с помощью камеры CCD на 20°, гарантирующей высокую […]

точность угла и скорость измерения.

international.bosch.com

Consisting of High Resolution CCD Camera, Frame Grabber PCB, C-Mount Adapter, Eyepiece Adapter and VMS 2000 Software Package.

macrolab.com.ua

Состоит из CCD камеры высокого разрешения, фрейм-граббера для ПК, С-адаптера для камеры, адаптера окуляра и программного обеспечения VMS 2000.

macrolab.com.ua

Training

[…] microscope with CCD camera (hereinafter – […]

microscope) is intended for carrying out demonstration experiments and

[…]

laboratory works on Biology, Chemistry, Physics in general education schools.

el.uz

Микроскоп с CCD камерой (далее по тексту […]

микроскоп) предназначен для проведения демонстрационных и лабораторных работ по

[…]

предметам биология, химия, физика в общеобразовательных школах.

el.uz

With a broad set of spectral bands, image-collecting frequencies and spatial resolutions, the CBERS satellites carry three different

[…]

sensors: the wide field

[…] imager (WFI), the multispectral charge-coupled device (CCD) camera, the infrared multispectral sensor (IR-MSS) and an environmental […]

data collecting

[…]

system to gather data from the ground.

oosa.unvienna.org

Спутники CBERS обладают широким набором спектральных диапазонов, частот для сбора изображений и уровней пространственного разрешения; на этих спутниках установлены три различных

[…]

датчика:

[…] широкоугольный формирователь изображения (ШУФ), многоспектральная камера на приборах с зарядовой связью (ПЗС) и инфракрасный многоспектральный […]

датчик (IR-MSS),

[…]

а также система сбора экологических данных для получения данных с поверхности Земли.

oosa.unvienna.org

Whilst the visual CCD camera included in these multi-sensor camera systems is excellent, we soon […]

found that apart from limitations

[…]

like sun glare and fog, obscurants like the foliage of undergrowth can also hide intruders from view.

flir.com

Комбинация ПЗС-камеры оптического диапазона с тепловизором является отличным решением — она не только […]

позволяет решить проблемы

[…]

солнечных бликов и тумана, но и обнаружить человека за листвой или в высокой траве.

flir.com

Exposure time of CCD-camera was 2 s. Before measurements the […]

animals were anesthesized with intraperitoneal injection of

[…]

Zoletil (Vibrac, France), the concentration being 20 mg/ml, and fixed horizontally on the base.

stm.rnn.ru

Время экспозиции CCD-камеры составляло 2 с. Перед проведением […]

измерений животных наркотизировали внутрибрюшинной инъекцией

[…]

Золетила (Vibrac, Франция) в концентрации 20 мг/мл и горизонтально фиксировали на подставке.

stm.rnn.ru

Wireless video camera CCD — it’s a camera with a super-high matrix, which provides […]

a high level of noise suppression.

pir.net.ua

Беспроводная видеокамера CCD — это камера со сверхчувствительной матрицей, которая […]

обеспечивает высокий уровень подавления помех.

pir.net.ua

Among the main Czech hardware capabilities are the following: materials thermal processing; high-precision mechanical parts and assemblies; mechanical, structural and environmental testing; high-quality

[…]

opto-mechanical/-electronic devices;

[…] precise X-ray optical/mirrors/CCD cameras; radar; robotic systems and […]

processes; and nanotechnology products.

daccess-ods.un.org

К числу основных видов производств чешской промышленности относятся: термообработка материалов; изготовление высокоточных механических узлов и деталей; испытание механических, структурных и экологических свойств материалов и оборудования; производство

[…]

высококачественных

[…] оптикомеханических/электронных приборов и высокоточных рентгеновских, оптических […]

зеркальных камер с ПЗС, радиолокаторов,

[…]

автоматических систем и процессов и производство продукции на основе нанотехнологий.

daccess-ods.un.org

Complete optics system

[…] based on color CCD line scan cameras

tomrasorting.com

Полная оптическая система на основе

[…] линейносканирующих цветных камер CCD

tomrasorting.com

The tools are based on illumination and

[…] radiometric laws, and also on parametric camera model, which includes CCD sensor and most of the systems of real […]

cameras.

cctvcad.com

Инструменты основаны на светотехнических и

[…] радиометрических закономерностях, а также на параметрической модели камеры, включающей модель ПЗС матрицы и большинства систем […]

реальных видеокамер.

cctvcad.com

When choosing the lens’ CCD size one has to keep in mind that lens used in a given camera have to be designed for cameras with CCD sensor at least as large as in the device in which it is being installed.

volta.com.pl

В случае выбора обьектива согласно диагонали CCD необходимо помнить о том, что использованный в данной камере обьектив должен быть предназначен для камер с преобразователем не ниже той величины в камере, в которую он устанавливается.

volta.com.pl

Clear images in very difficult lighting Strong

[…]

backlighting or high contrast

[…] scenes are no problem for the camera’s wide dynamic range performance, while low light situations are handled easily by its highly sensitive CCD sensor, ensuring high quality […]

image capture day or night.

resource.boschsecurity.com

Сцены с сильной фоновой

[…]

засветкой и высоким

[…] контрастом не представляют собой проблемы для расширенного динамического диапазона камеры, а с ситуациями со слабым освещением легко справляется высокочувствительный датчик ПЗС, обеспечивающий […]

высокое качество

[…]

изображений как днем, так и ночью.

boschsecurity.com.ua

Strong backlighting or high contrast scenes are no problem for the camera’s wide dynamic range performance, while low light situations are handled easily by its highly sensitive CCD sensor.

resource.boschsecurity.com

Сцены с сильной фоновой засветкой и высоким

[…] контрастом не представляют собой проблемы для расширенного динамического диапазона камеры, а с ситуациями со слабым освещением легко справляется высокочувствительный датчик ПЗС.

boschsecurity.com.ua

The new model gives the consumers an unmatched combination of easy-to-use functions,

[…]

comfortable housing and

[…] excellent quality of the image, the camera to 4, 0-megapixel CCD sensor, 3, 2-fold optical zoom […]

(approx. 11-fold combined

[…]

zoom), 15 shooting modes, the function of the shoot VGA movies and 5-point system of intellectual AF AF frame.

pir.net.ua

Новая модель предоставляет потребителям непревзойдённое сочетание простых в

[…]

использовании функций,

[…] удобный корпус и превосходное качество изображения. камера с 4, 0-мегапиксельным CCD-датчиком, […]

3, 2-кратным оптическим

[…]

зумом (прибл. 11-кратный комбинированный зум), 15 режимами съёмки, функцией съёмки VGA-видеороликов и 5-точечной системой интеллектуальной автофокусировки AiAF.

pir.net.ua

The point has also been made that a consistent, clear policy on the use of the CCD by committees would assist States parties and that standardising the use of a CCD, with a treaty-specific Simplified Reporting Procedure (to date known as List of Issues Prior to Reporting (LOIPR) from respective committees), could be a good way to make the entire treaty body system more effective and efficient.

daccess-ods.un.org

При этом было также отмечено, что последовательная, четкая политика по использованию комитетами ОБД будет содействовать государствам-участникам, а стандартизация процесса использования ОБД посредством связанного с конкретными договорами Упрощенного по рядка представления отчетности (известного на сегодняшний день как Перечень вопросов по подготовке и представлению отчетности (ПВППО) от соответствующих комитетов) может быть надежным способом повышения эффективности и результативности всей системы договорных органов.

daccess-ods.un.org

A CCD looks like a standard […]

computer chip and it is advisable to take it out occasionally for a gentle cleaning.

macbook-covers.net

CCD выглядит как стандартный […]

компьютерный чип, и желательно, чтобы принять его иногда для бережной очистки.

macbook-covers.net

Emphasizing the need for close cooperation between the three Rio Conventions (UNFCCC, CBD and CCD) and the UNFF in the formulation of policies and action with regard to climate change mitigation and adaptation.

daccess-ods.un.org

подчеркнуть необходимость тесного сотрудничества между тремя Рио-деЖанейрскими конвенциями (РКООНИК, КБР и КООНБО) и ФЛООН в деле разработки стратегий и практических мер в отношении смягчения последствий изменения климата и адаптации к нему.

daccess-ods.un.org

Until the introduction of the CSEA, the GM had focused much of its work on the allocation of small-scale grants to support NAP elaboration according to Article 9 of the Convention, out of funds from the GM’s third account, namely the Special Resources for CCD Finance Account (SRCF).

daccess-ods.un.org

До принятия КСУП ГМ уделял большое внимание в своей работе предоставлению мелких грантов, которые предназначались для поддержки разработки НПД в соответствии со статьей 9 Конвенции с третьего счета ГМ и которые выплачивались со счета специальных ресурсов финансирования КБО (СРФК).

daccess-ods.un.org

In the course of the treaty body strengthening process, it has been reiterated by several States parties, as

[…]

well as other stakeholders, that the CCDs

[…] constitute the backbone of the reporting process, that the use of the CCD simplifies the preparation and presentation of national reports and that regular updating of the CCD is an essential feature of the system.

daccess-ods.un.org

В ходе процесса укрепления договорных органов несколькими государствами-участниками, а также другими заинтересованными сторонами

[…]

было подтверждено, что ОБД

[…] являют собой основу процедуры представления отчетности, что использование ОБД упрощает процесс подготовки и представления государствами своих докладов, а регулярное обновление данных ОБД является важнейшей характеристикой […]

системы.

daccess-ods.un.org

To help Dinion 2X produce a clear picture in

[…] these conditions the camera’s CCD sensor generates two […]

images: one long exposure to resolve

[…]

details in the scene’s darkest areas, and one short exposure to resolve details in the scene’s brightest areas.

resource.boschsecurity.com

Для получения четкого

[…] изображения в подобных условиях ПЗСдатчик камеры Dinion 2X генерирует […]

два изображения: одно с длинной

[…]

экспозицией для отображения деталей на наиболее темных участках, другое с короткой экспозицией для отображения деталей на светлых участках.

boschsecurity.com.ua

A particularly successful product was the Education Kit on Desertification, which was prepared under the auspices of the Bureau for the Coordination of Environmental Programmes with valuable inputs from MAB, IHP and the Associated Schools

[…]

Project Network of UNESCO, as well as from the Secretariat of the

[…] United Nations Convention to Combat Desertification (CCD).

unesdoc.unesco.org

Особенно успешным продуктом стал комплект учебных материалов по проблемам опустынивания, который был подготовлен под руководством Бюро координации программ по окружающей среде; свой ценный вклад внесли

[…]

МАБ, МГП и сеть Системы ассоциированных школ ЮНЕСКО, а также

[…] секретариат Конвенции ООН по борьбе с опустыниванием (КБО).

unesdoc.unesco.org

If a CCD update is submitted in the form of an addendum to the original CCD (see below under recommendations to States parties), this will imply savings also with respect to the processing and translation of such an update (i.e. translation of a few pages of an addendum instead of translation of a full revised CCD).

daccess-ods.un.org

В случае если обновленные данные ОБД представлены в виде дополнения к оригиналу ОБД (см. ниже в пункте, посвященном рекомендациям для государств-участников), это будет означать экономию средств также и в отношении обработки и перевода таких обновленных данных (например, перевода нескольких страниц дополнения, вместо перевода полноценной новой редакции ОБД).

daccess-ods.un.org

For example, a 2006 decision of the EB , authorized the GM to disburse the funds accrued in its Special Resources for CCD Finance (SRCF) account “directly”, thus no longer requiring that they be used for the development of National Action Plans (NAPs), nor with input from the GM Technical Advisory Group.

daccess-ods.un.org

Например, одно из решений ИС от 2006 года уполномочивало ГМ «непосредственно» расходовать средства, накопившиеся на счете специальных ресурсов для финансирования КБ ООН, и таким образом использовать их для разработки национальных планов действий (НПД) более не требовалось, равно как не требовалось какого-либо участия Технической консультативной группы ГМ.

daccess-ods.un.org

Through the GTZ—CCD ‘Small Grants Program’, support was provided to […]

mountain villages in establishing mini workshops for

[…]

cheese making, felting, bio-humus production from organic waste, and making solar stoves for fruit drying.

camp.tj

Горные села получили поддержку

[…] программы малых грантов ГТЦ/КБО, в рамках которой были созданы небольшие […]

цеха по производству сыра,

[…]

войлочных изделий, биогумуса из органических отходов и изготовлению солнечных печей для сушки фруктов.

camp.tj

ПЗС-камера

: что это и как работает

Что такое ПЗС-камера?

Камера CCD — это видеокамера, которая содержит устройство с заряженной связью (CCD), которое представляет собой транзисторный датчик света на интегральной схеме. Говоря простым языком, устройства CCD преобразуют электрический сигнал или манипулируют им в какой-то выходной сигнал, включая цифровые значения. В камерах CCD позволяет им принимать визуальную информацию и преобразовывать ее в изображение или видео. Другими словами, это цифровые фотоаппараты.

Это позволяет использовать камеры в системах контроля доступа, поскольку изображения больше не нужно снимать на пленку, чтобы их можно было увидеть. Камеры видеонаблюдения, использующие технологии CCD, могут передавать визуальную информацию в реальном времени, что очень важно при наблюдении за вашим объектом. В сочетании с другими мерами безопасности эти камеры видеонаблюдения становятся надежным способом защитить ваше пространство. В сочетании с датчиками движения или видеоверификацией, например, камеры CCD могут захватывать изображение владельцев карт, которые пытаются войти в защищенное пространство.

Расскажите о своем проекте

Где вы собираетесь устанавливать камеры видеонаблюдения?

Рассчитать цену

Как работает CCD камера?

С точки зрения принципа работы камер CCD, эти видеокамеры захватывают изображение и передают его в систему памяти камеры для записи в виде электронных данных. Главное достижение CCD-камер — получение качественных изображений без искажений. По сути, камера превращает свет в электричество.ПЗС-камера формирует светочувствительные элементы, называемые пикселями, которые располагаются рядом друг с другом и формируют определенное изображение. Камеры CCD производятся в течение длительного периода времени и, как правило, имеют высококачественные пиксели, которые обеспечивают более высокое качество изображения с низким уровнем шума, чем любая другая камера.

Сколько может стоить ПЗС-камера?

Цены на CCD-камеры зависят от физического размера CCD. Большинство бытовых цифровых фотоаппаратов имеют ПЗС размером около или ⅕ дюйма. Как правило, одна маленькая CCD-камера стоит от 30 до 50 долларов.В зависимости от стиля фотоаппаратов цена колеблется. Например, купольные камеры видеонаблюдения стоят ближе к 100 долларам. В более дорогих камерах ПЗС-матрица составляет дюйма или больше. Чем больше сенсор, тем больше света он может улавливать. Это означает, что при слабом освещении камера будет давать лучшее видео. При использовании камеры CCD в целях безопасности, чуть более дорогая камера может быть лучшим вариантом, поскольку кадры будут лучшего качества, особенно в вечернее и ночное время.

Некоторые из этих опций включают камеры, такие как Google Nest Camera, которая стоит около 200 долларов за одну камеру или около 400 или 650 долларов за пакеты из 3 или 5 камер соответственно. В профессиональных цифровых видеокамерах обычно используется три датчика, которые называются 3CCD. Отдельные ПЗС-матрицы используются для захвата красных, зеленых и синих оттенков. Как правило, цена на них может составлять тысячи долларов за камеру CCD.

Введение в устройства с зарядовой связью (ПЗС)

Системы цифровых фотоаппаратов, включающие различные устройства с зарядовой связью ( CCD ) конфигурации детекторов, на сегодняшний день являются наиболее распространенными способами захвата изображений. технология, применяемая в современной оптической микроскопии.До не давнего времени, специализированные обычные пленочные камеры обычно использовались для записи изображения, наблюдаемые в микроскоп. Этот традиционный метод, опирающийся на фотонная чувствительность фотографической пленки на основе серебра включает временное хранение скрытого изображения в виде фотохимических участки реакции на экспонированной пленке, которые становятся видимыми только в пленочные эмульсионные слои после химической обработки (проявки).

Рисунок 1 — Системы цифровых ПЗС-камер для оптической микроскопии

Цифровые фотоаппараты заменяют сенсибилизированную пленку на фотон ПЗС детектор, тонкая кремниевая пластина, разделенная на геометрически правильные массив из тысяч или миллионов светочувствительных областей, которые захватывают и хранить информацию об изображении в виде локализованного электрического заряда это зависит от интенсивности падающего света.Электронная переменная сигнал, связанный с каждым элементом изображения (пикселем) детектора, равен считываются очень быстро как значение интенсивности для соответствующего изображения местоположение, и после оцифровки значений изображение может быть реконструируется и отображается на мониторе компьютера виртуально мгновенно.

Несколько систем цифровых камер, разработанных специально для оптических микроскопии проиллюстрированы на рис. 1 . Цифровое затмение Nikon DXM1200 обеспечивает высококачественные фотореалистичные цифровые изображения на разрешение до 12 миллионов пикселей с низким уровнем шума, превосходной цветопередачей цветопередача и высокая чувствительность.Камера управляется программным обеспечением что дает микроскописту большую свободу при сборе, систематизация и исправление цифровых изображений. Мониторинг цветов в реальном времени на поддержка экрана компьютера с частотой 12 кадров в секунду позволяет легко фокусировка изображений, которые могут быть сохранены в трех форматах: JPG , TIF и BMP для большей универсальности.

Цифровой прицел DS-5M-L1 (, рис. 1, ) принадлежит компании Nikon. инновационная система цифровой визуализации для микроскопии, которая подчеркивает простота и эффективность концепции «все в одном», включающей встроенный ЖК-монитор в автономном блоке управления.Система оптимизирует захват изображений с высоким разрешением до 5 мегапикселей через простые меню и предварительно запрограммированные режимы визуализации для различных методы наблюдения. Автономный дизайн предлагает преимущество независимая работа, включая сохранение изображений на карту CompactFlash размещен в блоке управления / контроля, но обладает универсальностью полной возможности сети при желании. Возможно подключение к ПК через Интерфейс USB, а также к локальным сетям или Интернету через Ethernet порт.Поддержка веб-браузера доступна для просмотра изображений в реальном времени и удаленного просмотра. управление камерой, а блок управления камерой поддерживает HTTP, Telnet, FTP сервер / клиент и совместим с DHCP. Иллюстрированные системы камер в Рисунок 1 представляет передовую технологию, доступную в настоящее время для цифровая обработка изображений с помощью оптического микроскопа.

Пожалуй, самое значительное преимущество цифрового изображения захват в оптической микроскопии, на примере систем камер CCD, возможность для микроскописта сразу определить, есть ли желаемое изображение было успешно записано.Эта возможность особенно ценно, учитывая экспериментальную сложность многих визуализации ситуаций и преходящего характера процессов, которые обычно исследуется. Хотя детектор устройств с зарядовой связью функции в роли, эквивалентной роли пленки, он имеет ряд превосходные атрибуты для создания изображений во многих приложениях. Научного уровня Камеры CCD демонстрируют исключительный динамический диапазон, пространственное разрешение, спектральная полоса пропускания и скорость сбора данных. Учитывая высокий свет чувствительность и светосилу некоторых ПЗС-систем, пленка рейтинг скорости приблизительно 100 000 единиц ISO потребуется для производства изображения сопоставимого отношения сигнал / шум ( SNR ).Пространственный разрешение современных ПЗС-матриц такое же, как у пленки, а их разрешение разрешение интенсивности света на один-два порядка лучше чем то, что достигается пленкой или видеокамерой. Традиционная фотография пленки не проявляют чувствительности на длинах волн, превышающих 650 нанометров в в отличие от высокопроизводительных ПЗС-сенсоров, которые часто имеют значительные квантовая эффективность в ближнюю инфракрасную область спектра. Линейный отклик CCD-камер в широком диапазоне яркости света способствует превосходной производительности и дает таким системам количественные возможности, как спектрофотометры с изображениями.

ПЗС-формирователь изображения состоит из большого количества светочувствительных элементов. расположены в двумерном массиве на тонкой кремниевой подложке. В полупроводниковые свойства кремния позволяют чипу CCD улавливать и удерживать фотонно-индуцированные носители заряда при соответствующем электрическом смещении условия. Отдельные элементы изображения или пиксели определяются в кремниевая матрица ортогональной сеткой из узких прозрачных полоски токонесущих электродов, или затворы или , нанесенные на микросхему.Основным светочувствительным элементом ПЗС-матрицы является металлооксидный полупроводник ( MOS ). Конденсатор работал как фотодиод и накопитель. Единая MOS Устройство этого типа показано на рис. 2 , , с обратным смещением. операция, вызывающая миграцию отрицательно заряженных электронов в область под положительно заряженным электродом затвора. Электроны высвободились за счет взаимодействия фотонов сохраняются в области истощения до полной лунки емкость резервуара.Когда собраны несколько детекторных структур в полную ПЗС-матрицу, отдельные чувствительные элементы в матрице разделены в одном измерении напряжениями, приложенными к поверхности электродов и электрически изолированы от своих соседей по в другом направлении с помощью изолирующих перегородок или каналов , ограничителей , внутри кремниевой подложки.

Светочувствительные фотодиодные элементы ПЗС-матрицы реагируют на падающий фотоны, поглощая большую часть своей энергии, что приводит к высвобождению электронов, и образование соответствующих электронодефицитных узлов (дырки) внутри кристаллической решетки кремния.Одна электронно-дырочная пара генерируется каждым поглощенным фотоном, и результирующий заряд, который накапливается в каждом пикселе линейно пропорционально количеству падающие фотоны. Внешнее напряжение, приложенное к электродам каждого пикселя контролировать хранение и перемещение зарядов, накопленных за время указанный временной интервал. Первоначально каждый пиксель в матрице датчиков функционирует как потенциальная яма для хранения заряда во время сбор, и хотя либо отрицательно заряженные электроны, либо положительно заряженные дырки могут накапливаться (в зависимости от ПЗС-матрицы). конструкции), зарядовые объекты, генерируемые падающим светом, обычно именуется фотоэлектронов .В этом обсуждении рассматривается электроны быть носителями заряда. Эти фотоэлектроны могут быть накапливаются и хранятся в течение длительного времени, прежде чем быть прочитаны из микросхема электроники камеры как один из этапов процесса визуализации.

Генерацию изображения с помощью камеры CCD можно разделить на четыре основных стадии или функции: генерация заряда посредством взаимодействия фотона с светочувствительная область устройства, сбор и хранение высвобожденный заряд, перенос заряда и измерение заряда.Вовремя На первом этапе электроны и дырки генерируются в ответ на падающие фотоны в обедненной области структуры МОП-конденсатора, и освобожденные электроны мигрируют в потенциальную яму, образованную под соседний положительно смещенный электрод затвора. Система из алюминия или Электроды затвора на поверхности поликремния накладываются друг на друга, но отделены от них, каналы, несущие заряд, которые скрыты в слое изолирующего диоксид кремния, помещенный между структурой затвора и кремнием субстрат.Использование поликремния в качестве электродного материала обеспечивает прозрачность для падающих волн длиннее примерно 400 нанометров и увеличивает долю площади поверхности устройства который доступен для светового сбора. Электроны, генерируемые в области истощения первоначально собираются в электрически положительные потенциальные ямы, связанные с каждым пикселем. Во время считывания собранный заряд впоследствии перемещается по каналам передачи под действием напряжений, приложенных к затворной конструкции. Рисунок 3 иллюстрирует структуру электрода, определяющую индивидуальную чувствительность ПЗС элемент.

Рисунок 2 — Металлооксидный полупроводниковый конденсатор (МОП)

Как правило, накопленный заряд линейно пропорционален световому потоку. поток, падающий на пиксель датчика до емкости скважины; следовательно, это полных скважин ( FWC ) определяет максимальный сигнал, который может быть обнаружен в пикселе, и является основным фактором влияющие на динамический диапазон ПЗС-матрицы.Зарядная емкость ПЗС-матрицы потенциальная яма во многом зависит от физического размера отдельный пиксель. С момента появления на рынке ПЗС-матриц обычно состоит из квадратных пикселей, собранных в прямоугольные массивы областей с соотношением сторон 4: 3, что является наиболее распространенным. Рисунок 4 представлены типичные размеры некоторых из наиболее распространенных форматов датчиков. в настоящее время, с обозначениями их размеров в дюймах в соответствии с историческое соглашение, которое связывает размеры ПЗС-матрицы с диаметрами видиконовых трубок.

Форматы ПЗС

Прямоугольная геометрия и общие размеры ПЗС-матриц являются результатом их ранняя конкуренция с камерами с трубкой видикон, которая требовала твердотельные датчики для создания выходного электронного сигнала, который соответствует преобладающим в то время стандартам видео. Обратите внимание, что Обозначения «дюймовые» не соответствуют напрямую ни одной из ПЗС-матриц. размеры, но представляют размер прямоугольной области, сканированной в соответствующая круглая трубка видикона. Специальная «1-дюймовая» ПЗС-матрица имеет диагональ 16 миллиметров и размер сенсора 9.6 х 12,8 миллиметров, полученных из области сканирования 1-дюймовой трубки видикона с внешний диаметр 25,4 мм и входное окно примерно 18 миллиметры в диаметре. К сожалению, эта запутанная номенклатура сохраняется, часто используется в отношении «типа» ПЗС, а не размера, и даже включает датчики, классифицируемые по комбинации дробных и десятичные числа, такие как широко распространенная 1 / 1,8-дюймовая ПЗС-матрица, промежуточные по размеру между устройствами размером 1/2 дюйма и 2/3 дюйма.

Хотя в потребительских камерах по-прежнему в основном используются прямоугольные датчики, построенные по одному из «стандартизованных» форматов размеров, становится все чаще в камерах научного класса используются квадратные массивы датчиков, которые лучше соответствуют круговому полю изображения, проецируемому в микроскоп.Производится широкий диапазон размеров сенсорных матриц и размеры отдельных пикселей сильно различаются в конструкциях, оптимизированных для разные параметры производительности. ПЗС-матрицы стандартного формата 2/3 дюйма обычно имеют матрицы из 768 x 480 или более диодов и размеры 8,8 x 6,6 миллиметра (диагональ 11 миллиметров). Максимальный размер представленная диагональю многих сенсорных матриц значительно меньше, чем поле зрения типичного микроскопа, и приводит к сильно увеличенный вид только части полного поля зрения.В увеличенное увеличение может быть полезным в некоторых приложениях, но если уменьшенное поле зрения препятствует получению изображений, уменьшая требуются промежуточные оптические компоненты. Альтернатива — использование ПЗС большего размера, который лучше соответствует диаметру поля изображения, от 18 до 26 миллиметров в типичных конфигурациях микроскопов.

Приблизительная вместимость потенциальной ямы ПЗС может быть получается путем умножения площади диода (пикселя) на 1000. Ряд 2/3-дюймовые ПЗС потребительского класса с размером пикселей от 7 до 13 микрометрами размером от 50000 до 100000 электроны.Используя эту стратегию приближения, диод с 10 x 10 микрометрические размеры будут иметь полную емкость примерно 100000 электронов. Для данного размера ПЗС выбор конструкции относительно общее количество пикселей в массиве и, следовательно, их размеры, требует компромисса между пространственным разрешением и зарядом пикселей вместимость. Тенденция современных потребительских устройств к максимальному использованию пикселей количество и разрешение привели к очень маленьким размерам диодов, с некоторыми новых 2/3-дюймовых сенсоров, использующих пиксели менее 3 микрометров по размеру.

ПЗС-матрицы

, разработанные для получения изображений в научных целях, традиционно использовались фотодиоды большего размера, чем те, которые предназначены для потребителей (особенно видео-скорость) и промышленных приложений. Потому что скважинная мощность и динамический диапазон напрямую зависит от размера диода, ПЗС-матрицы научного уровня используются в приложениях для получения изображений с медленной разверткой, обычно используются диоды. размером 25 x 25 микрометров для максимального увеличения динамического диапазона, чувствительность и отношение сигнал / шум. Многие современные высокопроизводительные камеры научного уровня включают усовершенствования конструкции, которые позволили использовать большие массивы с меньшими пикселями, которые способны поддержание оптического разрешения микроскопа на высоком кадре ставки.Большие массивы из нескольких миллионов пикселей в этих улучшенных конструкциях может обеспечить изображения всего поля зрения с высоким разрешением, а с использованием объединения пикселей (обсуждается ниже) и переменной скорости считывания, при необходимости обеспечьте более высокую чувствительность пикселей большего размера.

Считывание фотоэлектронов ПЗС-матрицы

Перед сохраненным зарядом каждого сенсорного элемента в ПЗС-матрице можно измерить чтобы определить поток фотонов на этом пикселе, заряд должен быть передается на узел считывания при сохранении целостности зарядный пакет.Быстрый и эффективный процесс переноса заряда, а также механизм быстрого считывания, имеет решающее значение для работы ПЗС-матриц как устройства визуализации. Когда большое количество МОП-конденсаторов размещено близко вместе, чтобы сформировать матрицу датчиков, заряд перемещается по устройству за счет манипулирование напряжениями на затворах конденсатора по схеме, которая вызывает заряд переливается с одного конденсатора на другой или с одного ряда конденсаторы к следующему. Трансляция заряда в кремнии эффективно связаны с синхронизированными схемами напряжения, приложенными к структура вышележащего электрода, основа термина «с зарядовой связью» устройство.ПЗС-матрица изначально задумывалась как массив памяти и предназначалась для функционировать как электронная версия устройства с магнитным пузырем. Схема процесса переноса заряда удовлетворяет критическому требованию для запоминающих устройств установления физической величины, которая представляет информационный бит и сохранение его целостности до считывания. В ПЗС-матрица, используемая для отображения, информационный бит представлен пакетом заряды, полученные от взаимодействия фотонов. Поскольку ПЗС-матрица серийная зарядные пакеты считываются по одному.

Рисунок 3 — Структура сенсорного элемента (пикселя) ПЗС

Накопленный заряд, накопленный в каждом фотодиоде ПЗС в течение заданного интервала времени, называемый временем интегрирования или временем экспозиции , необходимо измерить, чтобы определить поток фотонов на этом диоде. Количественная оценка накопленного заряда выполняется комбинацией параллельные и последовательные передачи, доставляющие заряд каждого сенсорного элемента пакет, последовательно, к одному измерительному узлу.Электродная сеть, или структура затвора, встроенная на ПЗС в слое, примыкающем к чувствительным элементам, составляет сдвиговый регистр для передачи заряда. Основная концепция переноса заряда, которая позволяет последовательное считывание с двумерной диодной матрицы изначально требует весь массив отдельных зарядовых пакетов с поверхности имидж-сканера, составляющие параллельный регистр , чтобы быть одновременно переносится пошаговым однострочным сдвигом. Сдвиг с зарядовой связью всего параллельного регистра перемещает ближайшую к край регистра в специализированный одиночный ряд пикселей вдоль одного края микросхемы обозначается как регистр серийного номера .Именно из этого ряд, в котором пакеты заряда последовательно перемещаются на микросхему усилитель для измерения. После того, как регистр последовательного порта опустошен, он заполняется еще одним сдвигом строки параллельного регистра, и цикл параллельный и последовательный сдвиги повторяются до тех пор, пока регистр опорожняется. Некоторые производители ПЗС используют термины по вертикали и по горизонтали . в отношении параллельного и последовательного регистров, соответственно, хотя последние термины более легко связаны с функцией выполняется каждым.

Широко используемая аналогия для визуализации концепции серийного номера. показания ПЗС — бригады ведра для измерения осадков, в интенсивность дождя, падающего на ряд ведер, может варьироваться в зависимости от места разместить по аналогии с падающими фотонами на датчике изображения (см. Рисунок 5 (а) ). Параллельный регистр представлен массивом ведра, которые собрали различное количество сигнала (воды) во время период интеграции. Ковши транспортируются на конвейерной ленте. пошагово к ряду пустых ведер, которые представляют серийный регистр, и которые перемещаются по второму конвейеру, ориентированы перпендикулярно первому.В Рис. 5 (b) весь ряд ковшей параллельно смещается в резервуары последовательного регистра. Последовательные операции сдвига и считывания показаны на рис. . 5 (c) , где изображена дождевая вода, накопившаяся в каждом ведре. последовательно переносятся в калиброванную мерную емкость, аналог выходного усилителя ПЗС. Когда содержимое всего контейнеры на серийном конвейере были измерены последовательно, другой параллельный сдвиг передает содержимое следующей строки сбора ведра в контейнеры последовательного регистра, и процесс повторяется пока не будет измерено содержимое каждой корзины (пикселя).

Существует множество конструкций, в которых могут быть сконфигурированы МОП-конденсаторы, и управляют напряжением на затворе, чтобы сформировать матрицу ПЗС-матрицы. Как описано ранее электроды затвора располагались полосами, покрывающими всю поверхность изображения лицевой панели ПЗС. Самая простая и распространенная зарядка Передаточная конфигурация представляет собой трехфазную схему CCD , в которой каждый фотодиод (пиксель) делится на трети с тремя параллельными потенциальные ямы, определяемые электродами затвора. В таком дизайне каждый третий затвор подключен к той же схеме драйвера часов.Основной смысл элемент в ПЗС, соответствующий одному пикселю, состоит из трех вентилей подключен к трем отдельным тактовым драйверам, называемым фазой-1, фазой-2 и часы фазы 3. Каждая последовательность из трех параллельных ворот составляет одну регистр пикселей, и тысячи пикселей, покрывающих ПЗС-матрицу. Поверхность изображения составляет параллельный регистр устройства. Однажды в ловушке в потенциальной яме электроны перемещаются через каждый пиксель в трехэтапный процесс, который сдвигает пакет заряда из одной строки пикселей в следующий.Последовательность изменений напряжения, подаваемых на чередующиеся электроды параллельной (вертикальной) затворной структуры перемещают потенциальные ямы и захваченные электроны под управлением часов параллельного регистра сдвига.

Общая схема синхронизации, используемая в трехфазном переключателе начинается с этапа интегрирования зарядов, на котором два из трех параллельные фазы на пиксель устанавливаются на высокое значение смещения, что дает область высокого поля относительно третьего затвора, который удерживается на низком или низком уровне. нулевой потенциал.Например, фазы 1 и 2 могут быть обозначены как , собирающие фазы и удерживаемые при более высоком электростатическом потенциале по сравнению с фазой 3, которая служит в качестве барьерной фазы . для разделения заряда, собираемого в высокополевых фазах соседний пиксель. После интеграции начислений перевод начинается с удерживая только вентили фазы 1 под высоким потенциалом, так что заряд генерируемые на этой фазе, будут накапливаться там, а заряд, генерируемый в Фазы фазы 2 и фазы 3, теперь обе при нулевом потенциале, быстро диффундируют в потенциальную яму под фазой 1. Рисунок 3 иллюстрирует структура электрода, определяющая каждый пиксель трехфазной ПЗС-матрицы, и изображает скопление электронов в потенциальной яме, лежащей под электрод фазы 1, в котором поддерживается положительное напряжение (обозначено + V ). Перенос заряда происходит в соответствии с синхронизированной последовательностью напряжения, приложенные к воротам, чтобы вызвать потенциальные ямы и препятствия для миграции через каждый пиксель.

Рисунок 4 — Стандартные форматы ПЗС-датчиков изображения
На каждом этапе передачи напряжение, приходящееся на заднюю часть зарядовый пакет становится положительным, в то время как электроносодержащая яма сделан отрицательным или установлен на ноль (земля), заставляя накопленные электроны для перехода к следующему этапу.Вместо того, чтобы использовать резкое напряжение переходов в тактовой последовательности, приложенное напряжение изменяется на смежные фазы являются постепенными и перекрываются, чтобы обеспечить максимальную эффективная передача заряда. Переход к фазе 2 осуществляется прикладывая положительный потенциал к воротам фазы 2, распространяя накопленный заряд между скважинами фазы 1 и фазы 2, и когда потенциал фазы 1 возвращается на землю, весь пакет заряда принудительно переходит в фазу 2. Аналогичная последовательность синхронизированных переходов напряжения, под управлением часов параллельного регистра сдвига, используется для сдвига заряд от фазы 2 до фазы 3, и процесс продолжается до тех пор, пока полный сдвиг на один пиксель был завершен.Одни трехфазные часы цикл, применяемый ко всему параллельному регистру, приводит к получению единственной строки сдвиг всего массива. Важный фактор при трехфазном переходе в том, что между соседними пикселями всегда поддерживается потенциальный барьер. зарядовых пакетов, что обеспечивает взаимно однозначное пространственное соответствие между датчиком и пикселями дисплея, которые должны сохраняться на всем изображении последовательность захвата.
На рисунке 6 показана последовательность операций, только что описанных для передача заряда в трехфазной ПЗС-матрице, а также последовательность тактирования для импульсов возбуждения, подаваемых синхронизатором параллельного регистра сдвига на совершить перевод.На этой схематической визуализации пикселя заряд изображен перемещающимся слева направо по тактовому сигналу сигналы, которые одновременно уменьшают напряжение на положительно смещенный электрод (определяющий потенциальную яму) и увеличив его на электроде справа (рисунки 6 (а) и 6 (б) ). В последнем из три ступени ( Рисунок 6 (c) ), заряд полностью передан от одного электрода затвора к другому. Обратите внимание, что рост и падение фазы тактовых импульсов синхронизируются с небольшим перекрытием (не показано) для более эффективного переноса заряда и свести к минимуму возможность потери заряда во время смены.
При каждой полной параллельной передаче пакеты заряда от всего ряд пикселей перемещаются в регистр последовательного порта, где они могут быть последовательно смещается в сторону выходного усилителя, как показано на аналогия с ковшовой бригадой ( Рисунок 5 (c) ). Эта горизонтальная (последовательная) передача использует тот же трехфазный механизм связи заряда, что и вертикальный сдвиг строк, при этом управление синхронизацией обеспечивается сигналами от часы последовательного регистра сдвига. После того, как все пиксели перенесены из регистр последовательного интерфейса для считывания, часы параллельного регистра обеспечивают временные сигналы для смещения следующего ряда захваченных фотоэлектронов в регистр серийного номера.Каждый пакет начислений в регистре серийного номера доставляется в выходной узел ПЗС, где он обнаруживается и считывается выходной усилитель (иногда называемый встроенным предусилителем) который преобразует заряд в пропорциональное напряжение. Напряжение выход усилителя представляет величину сигнала, производимого последовательные фотодиоды, считываемые последовательно слева направо в каждый ряд и от верхнего ряда к низу по всей двумерный массив. Выходной сигнал ПЗС на этом этапе, следовательно, является аналоговый сигнал напряжения, эквивалентный растровому сканированию накопленного заряда по поверхности изображения устройства.
После того, как выходной усилитель выполняет свою функцию увеличения зарядного пакета и преобразовав его в пропорциональное напряжение, сигнал передается на аналого-цифровой преобразователь ( ADC ), который преобразует значение напряжения в 0 и 1 двоичный код, необходимый для интерпретации компьютером. Каждый пиксель присваивается цифровое значение, соответствующее амплитуде сигнала, с шагом размер в соответствии с разрешением или битовой глубиной АЦП.Для Например, АЦП с 12-битным разрешением присваивает каждому пикселю значение от 0 до 4095, что соответствует 4096 возможным уровням серого изображения (2 в 12-й степени равно 4096 шагам дигитайзера). Каждый уровень серого шаг называется аналого-цифровым блоком ( ADU ).
Технологическая сложность современных систем формирования изображений на основе ПЗС-матриц замечательно, учитывая большое количество операций, необходимых для захватить цифровое изображение, а также точность и скорость, с которой процесс завершен.Последовательность событий, необходимых для захвата одиночное изображение с полнокадровой системы камеры CCD можно резюмировать как следует:
Затвор камеры открывается для начала накопления фотоэлектронов, с соответствующими электродами затвора, смещенными для сбора заряда.
В конце периода интеграции заслонка закрывается и накопленный заряд в пикселях смещается строка за строкой по параллельному регистрируются под управлением тактовых сигналов от электроники камеры.Ряды пакетов зарядов передаются последовательно с одного края параллельный регистр в последовательный регистр сдвига.
Передается содержимое заряда пикселей в последовательном регистре по одному пикселю за раз в выходной узел для считывания встроенным чипом усилитель, который усиливает электронный сигнал и преобразует его в аналоговый выход напряжения.
АЦП назначает цифровое значение каждому пикселю в соответствии с его амплитудой напряжения.
Каждое значение пикселя сохраняется в памяти компьютера или в буфере кадров камеры.
Процесс последовательного считывания повторяется до тех пор, пока все строки пикселей очищается параллельный регистр, который обычно составляет 1000 или более строк для камер высокого разрешения.
Полный файл изображения в памяти, размер которого может составлять несколько мегабайт. по размеру, отображается в подходящем формате на мониторе компьютера для визуальная оценка.
ПЗС-матрица очищается от остаточного заряда перед следующей экспозицией. путем выполнения полного цикла считывания, за исключением этапа оцифровки.
Рисунок 5 — Аналог ПЗС бригады ковша
Несмотря на большое количество выполняемых операций, более одного миллиона пикселей может быть передано через чип, присвоено значение шкалы серого с 12-битным разрешением, сохранено в памяти компьютера и отображено менее чем за одну секунду.Типичное общее время, необходимое для считывания и отображения изображения, составляет примерно 0,5 секунды для 1-мегапиксельной камеры, работающей со скоростью оцифровки 5 МГц. Эффективность переноса заряда также может быть чрезвычайно высокой для охлаждаемых ПЗС-камер с минимальной потерей заряда даже при тысячах переносов, требуемых для пикселей в областях матрицы, наиболее удаленных от выходного усилителя.
Архитектура датчика изображения CCD
Три основных варианта архитектуры CCD обычно используются для систем формирования изображений: полнокадровый , перенос кадра и межстрочный перенос (см. Рисунок 7 ).Полнокадровая ПЗС-матрица, о которой говорилось в предыдущем описание процедуры считывания, имеет преимущество почти 100 процентов его поверхности светочувствительны, практически нет мертвых пространство между пикселями. Поверхность изображения необходимо защищать от падающий свет во время считывания ПЗС, и по этой причине электромеханический затвор обычно используется для управления экспозицией. Заряд, накопленный при открытой заслонке, впоследствии переносится и считываются после того, как ставня закрыта, и поскольку два шага не может происходить одновременно, частота кадров изображения ограничена скорость механического затвора, скорость переноса заряда и шаги считывания.Хотя полнокадровые устройства имеют самую большую светочувствительную область Типы ПЗС-матриц, они наиболее полезны с образцами, имеющими высокое качество изображения внутри сцены. динамический диапазон, а также в приложениях, не требующих разрешения по времени менее примерно одной секунды. При работе в режиме подмассива (в котором считывается уменьшенная часть полного массива пикселей) в чтобы ускорить считывание, на порядка 10 кадров в секунду, ограничивается механическим затвором.
ПЗС-матрицы
с кадровой передачей могут работать с более высокой частотой кадров, чем полнокадровые устройств, потому что экспонирование и считывание могут происходить одновременно с различная степень совпадения по срокам. Они похожи на полнокадровые устройств в составе параллельного регистра, но половина прямоугольный массив пикселей покрыт непрозрачной маской и используется в качестве буфер для хранения фотоэлектронов, собранных немаскированными светочувствительная часть. После экспонирования изображения накопился заряд в светочувствительных пикселях быстро смещается в пиксели на хранилище стороне микросхемы, обычно в пределах примерно 1 миллисекунды.Поскольку пиксели памяти защищены от воздействия света алюминиевое или аналогичное непрозрачное покрытие, накопивший заряд в этой части датчик может систематически считываться с более медленной и более эффективной скоростью в то время как следующее изображение одновременно экспонируется на светочувствительная сторона чипа. Затвор камеры не нужен потому что время, необходимое для передачи заряда от области изображения к площадь хранения чипа составляет лишь часть времени, необходимого для типичная экспозиция.Поскольку камеры, использующие ПЗС-матрицы с кадровой передачей, могут быть работает непрерывно с высокой частотой кадров без механической опалубки, они подходят для исследования быстрых кинетических процессов методами таких как отображение соотношения красителей, в котором высокое пространственное разрешение и динамические диапазон важны. Недостатком этого типа датчика является то, что только половина площади поверхности ПЗС-матрицы используется для построения изображений, и следовательно, требуется гораздо больший чип, чем для полнокадрового устройство с массивом изображений эквивалентного размера, что увеличивает стоимость и наложение ограничений на физическую конструкцию камеры.
В конструкции ПЗС с построчным переносом столбцы активной визуализации пиксели и пиксели замаскированного хранения-передачи чередуются по всей массив параллельных регистров. Поскольку канал передачи заряда расположен непосредственно рядом с каждым столбцом светочувствительных пикселей, накопленный заряд должен быть перемещен только на один столбец в канал передачи. Этот сингл шаг передачи может быть выполнен менее чем за 1 миллисекунду, после чего массив хранения считывается серией параллельных сдвигов в последовательный регистр, пока массив изображений выставляется для следующего изображение.Архитектура межстрочного переноса позволяет очень быстро периоды интеграции благодаря электронному контролю интервалов экспозиции, а вместо механического затвора можно отрендерить массив эффективно нечувствителен к свету, отбрасывая накопленный заряд, а чем перекладывать на каналы передачи. Хотя интерлайн-перевод датчики позволяют считывать скорость видео и получать высококачественные изображения ярких освещенные предметы, основные формы более ранних устройств пострадали от уменьшены динамический диапазон, разрешение и чувствительность из-за того, что примерно 75 процентов поверхности ПЗС занимает каналы хранения-передачи.
Хотя более ранние ПЗС-матрицы с построчным переносом, например, используемые в видео видеокамеры, обеспечивающие высокую скорость считывания и высокую частоту кадров без необходимость жалюзи, они не обеспечивали адекватной производительности для приложения в микроскопии с высоким разрешением при слабом освещении. Кроме того снижение светочувствительности, связанное с переменным столбцы изображений и областей хранения-передачи, высокая скорость считывания светодиода к более высокому шуму чтения камеры и уменьшенному динамическому диапазону в более ранних формирователи изображений с межстрочным переносом.Улучшения в конструкции сенсора и камеры электроника полностью изменила ситуацию до такой степени, что современные устройства Interline обеспечивают превосходную производительность для цифровых камеры для микроскопии, в том числе те, которые используются в условиях низкой освещенности, например как запись малых концентраций флуоресцентных молекул. Приверженец микролинзы , выровнен на поверхности ПЗС, чтобы покрыть пары пикселей изображения и хранилища, собрать свет, который обычно теряется на замаскированных пикселях, и сфокусироваться это на светочувствительных пикселях (см. Рисунок 8 ).Объединив небольшие размер пикселя с технологией микролинз, межстрочные датчики способны обеспечение пространственного разрешения и сопоставимой эффективности сбора света на ПЗС-матрицы с полнокадровым и покадровым переносом. Эффективный светочувствительный площадь межстрочных датчиков, использующих микролинзы на кристалле, увеличена до 75-90 процентов площади поверхности.
Дополнительное преимущество включения микролинз в ПЗС-матрицу структура состоит в том, что спектральная чувствительность датчика может быть расширена в синюю и ультрафиолетовую области длин волн, обеспечивая улучшенное утилита для более коротковолновых приложений, таких как популярные методы флуоресценции с использованием зеленого флуоресцентного белка ( GFP ) и красители, возбуждаемые ультрафиолетом.Чтобы увеличить квантовую эффективность в видимом спектре, новейшие высокопроизводительные чипы включают конструкции затвора из таких материалов, как индий-олово оксида, который имеет гораздо более высокую прозрачность в сине-зеленом спектральном область. Такие непоглощающие структуры затворов приводят к квантовой эффективности. значения приближаются к 80 процентам для зеленого света.
Рисунок 6 — Трехфазные системы синхронизации на ПЗС
Предыдущее ограничение по уменьшенному динамическому диапазону для межстрочного переноса ПЗС-матрицы в значительной степени преодолены за счет усовершенствованной электронной технологии, которая снизил шум чтения камеры примерно наполовину.Поскольку активная пиксельная площадь межстрочных ПЗС-матриц составляет примерно одну треть от сопоставимые полнокадровые устройства, полная емкость скважины (функция область пикселей) уменьшается аналогично. Ранее этот фактор в совокупности с относительно высоким уровнем шума чтения камеры, что привело к недостаточному сигналу динамический диапазон для поддержки более чем 8- или 10-битной оцифровки. Высокопроизводительные межстрочные камеры теперь работают со значениями шума считывания как низкий уровень от 4 до 6 электронов, что обеспечивает динамический диапазон эквивалентно 12-битным камерам, использующим полнокадровые ПЗС-матрицы.Дополнительные улучшения в факторах дизайна микросхемы, таких как схемы тактирования, и в электронике камеры, позволили увеличить скорость считывания. ПЗС-матрицы с построчным переносом теперь позволяют получать 12-битные мегапиксельные изображения. регистрируется на частоте 20 мегагерц, что примерно в 4 раза превышает скорость полнокадровые камеры с сопоставимыми размерами массивов. Прочие технологические улучшения, в том числе модификации состава полупроводников, включены в некоторые ПЗС-матрицы с построчным переносом для улучшения квантовых эффективность в ближней инфракрасной части спектра.
Характеристики изображения детектора CCD
Несколько рабочих параметров камеры, которые изменяют этап считывания при получении изображения, влияют на качество изображения. Скорость считывания большинства ПЗС-камер научного уровня можно регулировать, и обычно колеблется от примерно 0,1 МГц до 10 или 20 МГц. Максимум достижимая скорость зависит от скорости обработки АЦП и другая электроника камеры, которая отражает время, необходимое для оцифровки один пиксель.Приложения, предназначенные для отслеживания быстрых кинетических процессов требуется быстрое считывание и частота кадров для достижения адекватной временное разрешение и, в некоторых случаях, скорость видео 30 необходимо количество кадров в секунду или выше. К сожалению, из различных компоненты шума, которые всегда присутствуют в электронном изображении, считываются шум является основным источником, а высокая скорость считывания увеличивает шум уровень. Если самое высокое временное разрешение не требуется, лучше изображения образцов, которые дают низкие значения интенсивности пикселей, могут быть получается при более низкой скорости считывания, что минимизирует шум и поддерживает адекватное соотношение сигнал / шум.Когда динамические процессы требуют быстрых частоты кадров изображения, нормальная последовательность считывания ПЗС может быть изменена на уменьшить количество обрабатываемых пакетов заряда, что позволяет осуществлять сбор данных в некоторых случаях скорость составляет сотни кадров в секунду. Это увеличило частота кадров может быть достигнута путем объединения пикселей во время считывания ПЗС и / или считывая только часть детекторной матрицы, как описано ниже.
Программное обеспечение для получения изображений большинства систем CCD-камер, используемых в оптическая микроскопия позволяет пользователю определять меньшее подмножество или подмассив , всего массива пикселей, предназначенного для захвата изображения и отображать.Выбрав уменьшенную часть поля изображения для обработки, невыделенные пиксели отбрасываются без оцифровки АЦП, соответственно увеличивается скорость считывания. В зависимости от используемое программное обеспечение для управления камерой, подматрица может быть выбрана из предварительно определенные размеры массива или интерактивно обозначенные как интересующая область с помощью компьютерной мыши и монитора. Считывание подмассива метод обычно используется для получения последовательностей покадровой съемки. images, чтобы создавать файлы изображений меньшего размера и с большей степенью управляемости.
Накопленные пакеты заряда от соседних пикселей в матрице ПЗС могут быть объединены во время считывания, чтобы сформировать уменьшенное количество суперпикселей . Этот процесс называется биннингом пикселей , и выполняется в параллельном регистре путем тактирования двух или более строк переходит в регистр последовательного порта перед выполнением последовательного сдвига и последовательность считывания. Процесс биннинга обычно повторяется в серийном регистрировать, синхронизируя несколько сдвигов в узле считывания перед заряд считывается выходным усилителем.Любая комбинация параллельных и последовательные смены можно комбинировать, но обычно это симметричная матрица пиксели объединяются для формирования каждого отдельного суперпикселя (см. Рисунок 9) . В виде пример, 3 x 3 биннинг выполняется путем первоначального выполнения 3 параллельных сдвига строк в последовательный регистр (до последовательного передачи), после чего каждый пиксель в последовательном регистре содержит комбинированный заряд от 3 пикселей, которые были соседями в соседнем параллельные ряды. Впоследствии 3 этапа последовательной смены выполняются в выходной узел до измерения заряда.Итоговый заряд пакет обрабатывается как один пиксель, но содержит объединенные фотоэлектронное содержание 9 физических пикселей (суперпиксель 3 x 3). Хотя бининг снижает пространственное разрешение, процедура часто позволяет получение изображения в обстоятельствах, которые делают невозможным получение изображений с нормальное считывание ПЗС. Это позволяет увеличить частоту кадров для последовательностей изображений, если скорость сбора данных ограничена циклом чтения камеры, а также обеспечение улучшенного отношения сигнал / шум для эквивалентного времени экспозиции.Дополнительные преимущества включают более короткое время выдержки для получения одинаковая яркость изображения (очень важно для визуализации живых клеток) и меньшие размеры файлов изображений, что снижает требования к памяти компьютера и ускоряет обработку изображений.
Третий фактор захвата камеры, который может повлиять на качество изображения. поскольку он изменяет процесс считывания ПЗС, электронный коэффициент усиления системы камеры. Регулировка усиления цифровой камеры CCD система определяет количество накопленных фотоэлектронов, определяющих каждый шаг уровня серого распознается электроникой считывания, и обычно применяется на этапе аналого-цифрового преобразования.Увеличение в электронном усилении соответствует уменьшению количества фотоэлектроны, которые назначаются на уровень серого (электроны / ADU), и позволяет разделить данный уровень сигнала на большее количество серых ступени уровня. Обратите внимание, что это отличается от настроек усиления, применяемых к фотоэлектронные умножители или трубки видикона, в которых изменяющийся сигнал усилены фиксированным коэффициентом умножения. Хотя электронное усиление регулировка действительно обеспечивает метод расширения ограниченной амплитуды сигнала до желаемое большое количество уровней серого, если оно используется чрезмерно, небольшое количество электронов, различающих соседние уровни серого, может привести к к ошибкам оцифровки.Настройки высокого усиления могут привести к появлению шума из-за неточная оцифровка, которая проявляется в виде зернистости в финальном изображение. Если желательно сокращение времени экспозиции, увеличение электронное усиление позволит поддерживать фиксированное большое количество серого шага шкалы, несмотря на пониженный уровень сигнала, при условии, что примененное усиление не приводит к чрезмерному ухудшению качества изображения. Как пример влияния различных коэффициентов усиления на постоянную уровень сигнала, начальная настройка усиления, которая назначает 8 электронов на ADU (уровень серого) означает, что сигнал пикселя, состоящий из 8000 электронов будет отображаться на 1000 уровнях серого.Увеличивая прирост за счет применение коэффициента усиления 4x к базовой настройке, количество электронов на уровень серого снижается до 2 (2 электрона / ADU) и 4000 Уровни серого выделяются электроникой оцифровки.
Рисунок 7 — Архитектура обычных устройств с зарядовой связью (ПЗС)
Качество цифрового изображения можно оценить по четырем количественным критерии, которые частично определяются конструкцией ПЗС, но которые также отражают реализацию ранее описанной работы камеры переменные, которые напрямую влияют на качество изображения ПЗС-матрицы детектор.Основные критерии качества изображения и их влияние: резюмируется следующим образом:
Пространственное разрешение: Определяет возможность захвата мелких деталей образца без видимых пикселей на изображении.
Разрешение яркости света: Определяет динамический диапазон или количество уровней серого, которые можно различить на отображаемом изображении.
Разрешение по времени: Частота выборки (кадров) определяет способность отслеживать движение живого образца или быстрые кинетические процессы.
Отношение сигнал / шум: Определяет видимость и четкость сигналов образца относительно фона изображения.
При визуализации с помощью микроскопа часто не все важные изображения критерии качества можно одновременно оптимизировать в одном изображении или последовательность изображений. Получение лучших изображений в рамках ограничений налагается конкретным образцом или экспериментом, как правило, требует компромисс среди перечисленных критериев, которые часто приводят к противоречивым требования.Например, при съемке покадровой последовательности живых выступлений. для образцов с флуоресцентной меткой может потребоваться снижение общего воздействия время минимизировать фотообесцвечивание и фототоксичность. Несколько методов могут быть использованы для достижения этой цели, хотя каждый из них включает в себя деградацию некоторые аспекты работы с изображениями. Если образец выставлен меньше часто временное разрешение снижено; применение биннинга пикселей к разрешить более короткие выдержки снижает пространственное разрешение; и увеличение электронное усиление ухудшает динамический диапазон и отношение сигнал / шум.Различные ситуации часто требуют совершенно разных изображений. обоснование оптимальных результатов. В отличие от предыдущего примера, в чтобы максимизировать динамический диапазон на одном изображении образца, который требует короткого времени выдержки, применения бининга или усиления увеличение может достичь цели без значительного отрицательного воздействия на изображение. Для создания эффективных цифровых изображений требуется микроскопист должен быть полностью знаком с важнейшим качеством изображения критерии и практические аспекты приобретения балансировочной камеры параметры, чтобы максимизировать наиболее значимые факторы в конкретном ситуация.
Небольшое количество факторов производительности ПЗС и исправная камера параметры доминируют над основными аспектами качества цифрового изображения в микроскопия, и их эффекты в значительной степени перекрываются. Факторы, которые являются наиболее важными в контексте практического использования камеры CCD, и обсуждается далее в следующих разделах, включая шум детектора источники и отношение сигнал / шум, частота кадров и временное разрешение, размер пикселя и пространственное разрешение, спектральный диапазон и квант КПД и динамический диапазон.
Источники шума ПЗС-камеры
Чувствительность камеры по минимально обнаруживаемому сигналу составляет определяется как фотонным статистическим (дробовым) шумом, так и электронным шум, возникающий в ПЗС-матрице. По консервативной оценке, сигнал можно отличить от сопутствующего шума только в том случае, если он превышает шум примерно в 2,7 раза (отношение сигнал / шум 2,7). Минимальный сигнал который теоретически может дать заданное значение SNR, определяется случайным вариации потока фотонов, источник собственного шума, связанный с сигнал, даже с идеальным бесшумным детектором.Этот фотон статистический шум равен квадратному корню из числа сигналов фотонов, и поскольку он не может быть устранен, он определяет максимальное достижимое отношение сигнал / шум для бесшумного детектора. Отношение сигнал / шум равно следовательно, определяется уровнем сигнала S , деленным на квадратный корень из сигнала ( S (1/2)), и равен квадратному корню из S . Если значение SNR 2,7 требуется для различения сигнала от шума, уровень сигнала 8 фотонов теоретически минимален обнаруживаемый световой поток.
На практике другие составляющие шума, не связанные с сигнал фотона образца, вносится ПЗС-матрицей и системой камеры электроники и добавить к собственному фотонному статистическому шуму. Один раз накапливается в сборных колодцах, заряд от источников шума нельзя отличить от сигнала, полученного от фотонов. Большая часть шума системы является результатом шума усилителя считывания и генерации тепловых электронов в кремний микросхемы детектора. Тепловой шум связан с кинетические колебания атомов кремния в подложке ПЗС, высвобождающие электроны или дырки, даже когда устройство находится в полной темноте, и которые впоследствии накапливаются в потенциальных ямах.По этой причине шум обозначается как темновой шум и представляет собой неопределенность в величине накопления темного заряда во время указанный временной интервал. Скорость генерации темного заряда, обозначаемая как темновой ток , не связан с сигналом, индуцированным фотонами, но имеет высокую температуру зависимый. Подобно фотонному шуму, темновой шум следует за статистическая (квадратный корень) связь с темновым током, и, следовательно, это нельзя просто вычесть из сигнала.Охлаждение ПЗС снижает накопление темного заряда на порядок на каждые 20 градусов Снижение температуры по Цельсию, и высокопроизводительные камеры обычно охлаждается во время использования. Охлаждение даже до 0 градусов очень выгодно, а при -30 градусов темновой шум снижается до незначительного значения для практически любое приложение для микроскопии.
При условии, что ПЗС охлаждается, остающийся основной компонент электронного шума составляет шум чтения , в первую очередь происходит от предусилителя на кристалле во время процесса преобразования носителей заряда в сигнал напряжения.Хотя прочитанный шум добавляется равномерно к каждому пикселю детектора, его величина не может быть точно определен, а только приблизительно значение в единицах электронов (среднеквадратичное или среднеквадратичное) на пиксель. Некоторые типы шума усилителя считывания зависят от частоты, а в как правило, шум чтения увеличивается со скоростью измерения заряд в каждом пикселе. Увеличение шума при высоком считывании и кадре Частично это связано с тем, что усилитель требует большей полосы пропускания. при более высоких тактовых частотах пикселей.Охлаждение ПЗС снижает считывание шум усилителя в некоторой степени, хотя и не на незначительном уровне. В текущую высокопроизводительные системы камер, которые значительно снижают значимость читать шум, однако. Одна стратегия для достижения высоких показателей считывания и кадра скорости без увеличения шума заключается в электрическом разделении ПЗС-матрицы на два или более сегментов для сдвига заряда в параллельном регистре к нескольким выходным усилителям, расположенным на противоположных краях или углах чипа.Эта процедура позволяет считывать заряд с массива. с большей общей скоростью без чрезмерного увеличения скорости чтения (и шум) отдельных усилителей.
Рисунок 8 — Технология межстрочного ПЗС-матриц с микролинзой
Охлаждение ПЗС-матрицы для уменьшения темнового шума дает дополнительное преимущество повышения эффективности переноса заряда ( CTE ) устройства. Этот фактор производительности становится все более и более важно из-за больших размеров массива пикселей, используемых во многих современных ПЗС-формирователи изображения, а также более высокая скорость считывания, необходимая для исследования быстрых динамических процессов.С каждой сменой заряда пакет по каналам передачи в процессе считывания ПЗС, небольшая часть может остаться. В то время как индивидуальные трансфертные потери при каждый пиксель в большинстве случаев крошечный, большое количество передач требуется, особенно в мегапиксельных сенсорах, может привести к значительному потери для пикселей на наибольшем удалении от считывания ПЗС усилитель (ы), если эффективность переноса заряда не очень высока. Возникновение неполного переноса заряда может привести к размытию изображения. из-за смешения зарядов от соседних пикселей.Кроме того, совокупные потери заряда при каждой передаче пикселя, особенно при больших массивов, может привести к явлению затенения изображения , в котором появляются области изображений, наиболее удаленные от выходного усилителя ПЗС более тусклый, чем те, которые примыкают к последовательному регистру. Перенос заряда значения КПД охлаждаемых ПЗС-матриц могут быть 0,9999 и выше, а в то время как CTE с таким высоким значением обычно незначительны для эффекта изображения, значения ниже, чем 0,999, вероятно, приведет к затемнению.
Доступны как аппаратные, так и программные методы компенсации затенение интенсивности изображения.Программная коррекция реализована получение изображения поля с однородной интенсивностью, которое затем используется системой визуализации для создания карты попиксельной коррекции, которая может применяться к последующим изображениям образца для устранения неоднородности из-за штриховки. Методы программной коррекции обычно удовлетворительно в системах, не требующих поправочных коэффициентов больше чем примерно 10-20 процентов местной интенсивности. Больше исправления, примерно до пяти раз, могут быть обработаны аппаратными средствами методы путем настройки коэффициентов усиления для отдельного пикселя ряды.Требуемая регулировка усиления определяется сигналом дискретизации. интенсивности в пяти или шести замаскированных эталонных пикселях, расположенных за пределами область изображения в конце каждой строки пикселей. Значения напряжения, полученные из столбцы опорных пикселей на краю параллельного регистра служат в качестве контролирует потери при переносе заряда и производит поправочные коэффициенты для каждая строка пикселей, которые применяются к напряжениям, полученным из этой строки во время считывания. Поправочные коэффициенты велики в регионах некоторых датчики, такие как области, удаленные от выходного усилителя по скорости видеосигнала камеры, и уровень шума может быть значительно увеличен для этих изображений области.Хотя процесс аппаратной коррекции убирает затенение эффекты без видимого уменьшения сигнала, следует понимать, что результирующее отношение сигнал / шум не является однородным по всей изображение.
Пространственное и временное разрешение в датчиках изображения CCD
Во многих приложениях система захвата изображений, способная обеспечить высокое временное разрешение это основное требование. Например, если кинетика процесса изучается, требует видеосъемки с умеренным разрешением, камера, способная обеспечить превосходное разрешение, тем не менее, выгода, если он обеспечивает такую производительность только при низкой скорости сканирования, и работает незначительно или совсем не работает при высокой частоте кадров.Полнокадровый камеры с медленным сканированием не обеспечивают высокое разрешение при скорости видео, требуется примерно одна секунда на кадр для большого массива пикселей, в зависимости от скорости оцифровки электроники. Если образец яркость сигнала достаточно высока, чтобы обеспечить короткое время экспозиции (на порядка 10 миллисекунд), использование биннинга и подмассива выбор позволяет получать около 10 кадров в секунду на уменьшенное разрешение и размер кадра у камер с электромеханическим ставни.Более высокая частота кадров обычно требует использования камеры с построчной или кадровой передачей, не требующие жалюзи и, как правило, также могут работать с более высокими скоростями оцифровки. Последнее поколение высокопроизводительных камер этой конструкции может Захватывайте полнокадровые 12-битные изображения почти со скоростью видео.
Превосходное теперь пространственное разрешение CCD систем визуализации напрямую связано с размером пикселя и постоянно улучшается благодаря технологические усовершенствования, которые позволили создавать пиксели ПЗС все меньше и меньше при сохранении других эксплуатационных характеристик формирователей изображений.По сравнению с типичными размерами зерна пленки (приблизительно 10 микрометров), пиксели многих используемых камер CCD в биологической микроскопии меньше по размеру и обеспечивает более чем адекватное разрешение в сочетании с широко используемыми объективами с большим увеличением которые проецируют дифракционные диски относительно большого радиуса (Эйри) на ПЗС-поверхность. ПЗС-камеры научного уровня с построчным переносом теперь доступны доступны с пикселями меньше 5 микрометров, что делает их подходящими для получения изображений с высоким разрешением даже с объективами с малым увеличением.Отношение размера элемента детектора к соответствующему оптическому разрешению критерии — важный фактор при выборе цифровой камеры, если должно сохраняться пространственное разрешение оптической системы.
Критерий выборки Найквиста обычно используется для определения адекватность размера пикселя детектора по отношению к разрешению возможности оптики микроскопа. Теорема Найквиста указывает, что наименьший радиус дифракционного диска, создаваемый оптической системой должны быть отобраны как минимум двумя пикселями в массиве изображений, чтобы сохранить оптическое разрешение и избежать наложения спектров.В качестве примера, рассмотрим ПЗС-матрицу с размерами пикселей 6,8 x 6,8 мкм, соединенную объектив с числовой апертурой 100x, 1,3, что дает Пятно дифракции 26 мкм (радиус) в плоскости детектора. С этим детектором-объективом возможно отличное разрешение. комбинация, потому что радиус дифракционного диска покрывает примерно 4-пиксельный диапазон (26 / 6,8 = 3,8 пикселя) на матрице детектора или почти вдвое больше предельного критерия Найквиста. На этой частоте дискретизации имеется достаточный запас, чтобы критерий Найквиста почти устраивает даже биннинг 2 x 2 пикселя.
Датчик изображения Quantum Efficiency
Детектор квантовая эффективность ( QE ) является мерой вероятность того, что фотон с определенной длиной волны будет захвачен в активной области устройства для высвобождения заряда перевозчики. Параметр представляет эффективность тепловизора ПЗС в генерирует заряд от падающих фотонов, и поэтому является основным определитель минимально обнаруживаемого сигнала для системы камер, особенно при съемке при слабом освещении.Бесплатно генерируется, если фотон никогда не достигает обедненного слоя полупроводника или если он проходит полностью без передачи значительной энергии. Характер взаимодействия фотона с детектором зависит от от энергии фотона и соответствующей длины волны, и прямо относится к спектральному диапазону чувствительности детектора . Хотя обычные ПЗС-детекторы с передней подсветкой очень чувствительны и эффективные, ни один из них не имеет стопроцентной квантовой эффективности на любой длине волны.
Датчики изображения, обычно используемые в флуоресцентной микроскопии, могут обнаруживать фотоны в спектральном диапазоне 400-1100 нанометров, с пиковая чувствительность обычно в диапазоне 550-800 нм. Максимум Значения QE составляют всего около 40-50 процентов, за исключением новейших разработок, который может достигать 80-процентной эффективности. Рисунок 10 иллюстрирует спектральная чувствительность ряда популярных ПЗС-матриц на графике, отображающем квантовая эффективность как функция длины волны падающего света.Наиболее ПЗС-матрицы, используемые в научной визуализации, относятся к типу межстрочного переноса и потому что межстрочная маска сильно ограничивает светочувствительную поверхность области, многие старые версии показывают очень низкие значения QE. С появлением технологии поверхностных микролинз, чтобы направлять больше падающего света на светочувствительные области между каналами передачи, более новый межстрочный датчики намного более эффективны, и многие из них имеют значения квантовой эффективности 60-70 процентов.
Рисунок 9 — Последовательность переноса электрона с биннингом 2 x 2 пикселей
Спектральный диапазон сенсора и квантовая эффективность улучшены в ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны длин волн различные дополнительные стратегии проектирования в нескольких высокопроизводительных ПЗС-матрицах.Поскольку алюминиевые переходные ворота с поверхностью поглощают или отражают большую часть синие и ультрафиолетовые волны, во многих новых конструкциях используются другие материалы, такие как оксид индия-олова, для улучшения передачи и квантового эффективность в более широком спектральном диапазоне. Еще более высокие значения QE могут быть полученные с помощью специализированных ПЗС-матриц с обратным утонением, которые сконструированы так, чтобы допускать освещение с тыльной стороны, избегая поверхностного электрода структура целиком. Чтобы это стало возможным, большая часть кремния подложку удаляют травлением, и хотя получившееся устройство тонкий и относительно дорогой, квантовая эффективность примерно 90 процентов могут быть достигнуты в обычном порядке.
Допускается использование других материалов для обработки поверхности и строительных материалов. для получения дополнительных преимуществ спектрального диапазона. Производительность обратного прореживания ПЗС-матрицы в ультрафиолетовом диапазоне длин волн улучшаются за счет нанесение специализированных просветляющих покрытий. Изменено полупроводниковые материалы используются в некоторых детекторах для улучшения квантовых эффективность в ближнем инфракрасном диапазоне. Чувствительность к длинам волн вне диапазона нормальный спектральный диапазон обычных ПЗС-матриц с передней подсветкой может быть достигается применением люминофоров с преобразованием длины волны от до лицо детектора.Люминофор для этой цели выбирают для поглощения энергия фотонов в интересующей спектральной области и излучение света в пределах область спектральной чувствительности ПЗС-матрицы. В качестве примера этого стратегии, если интересующий образец или флуорофор излучает свет на 300 нанометров (где чувствительность любой ПЗС минимальна), преобразование на поверхности детектора можно использовать люминофор, который поглощает эффективно при 300 нанометрах и излучает при 560 нанометрах, в пределах диапазон пиковой чувствительности ПЗС-матрицы.
Динамический диапазон
Термин, обозначаемый как динамический диапазон ПЗС-детектора. выражает максимальное изменение интенсивности сигнала, которое может быть определено количественно датчиком.Количество указывается численно большинством камер CCD. производителей как отношение полной емкости пикселя ( FWC ) к шум чтения, с обоснованием, что это значение представляет ограничивающее условие, при котором яркость внутри сцены колеблется от регионов которые находятся только на уровне насыщенности пикселей, в области, которые практически не теряются в шуме. Динамический диапазон датчика определяет максимальное количество разрешаемые шаги уровня серого, в которые может быть включен обнаруженный сигнал разделенный. Чтобы в полной мере использовать динамический диапазон ПЗС-матрицы, она подходит для согласования разрядности аналого-цифрового преобразователя с динамический диапазон, позволяющий различать как можно больше шкалы серого шаги по мере возможности.Например, камера с FWC на 16000 электронов и шум считывания 10 электронов, имеет динамический диапазон 1600, что поддерживает 10-11-битное аналого-цифровое преобразование. Аналого-цифровой преобразователи с разрядностью 10 и 11 способны различать 1024 и 2048 уровней серого соответственно. Как указывалось ранее, поскольку компьютерный бит может принимать только одно из двух возможных состояний, количество шаги интенсивности, которые могут быть закодированы цифровым процессором (АЦП) отражает его разрешение (битовую глубину) и равно 2 в повышении значение спецификации битовой глубины.Следовательно, 8, 10, 12 и 14 бит процессоры могут кодировать максимум 256, 1024, 4096 или 16384 серого уровни.
Определение динамического диапазона как отношения полной емкости скважины к считыванию. шум не обязательно является реалистичной мерой полезного динамического диапазона, но полезен для сравнения датчиков. На практике полезный динамический диапазон меньше, потому что отклик ПЗС становится нелинейным перед полным достигнута емкость скважины и поскольку уровень сигнала равен шуму чтения неприемлемо визуально и практически бесполезно для количественной целей.Обратите внимание, что максимальный динамический диапазон не эквивалентен максимально возможное отношение сигнал / шум, хотя отношение сигнал / шум также является функция полной мощности скважины. Фотонный статистический шум, связанный с с максимально возможным сигналом, или FWC, является квадратным корнем из FWC значение, или 126 электронов, для предыдущего примера 16000-электронного FWC. Таким образом, максимальное отношение сигнал / шум равно максимальный сигнал, деленный на шум (16000/126), или 126, квадратный корень из сам сигнал.Фотонный шум представляет собой минимальный собственный уровень шума, а также обнаружение рассеянного света и электронного (системного) шума уменьшить максимальное отношение сигнал / шум, которое может быть реализовано на практике, до значений ниже 126, так как эти источники уменьшают эффективную FWC, добавляя плату это не сигнал для колодцев.
Хотя производитель обычно оснащает камеру динамический диапазон около 4000, например, с 12-битным АЦП (4096 шагов оцифровки), при рассмотрении соответствие между динамическим диапазоном сенсора и возможностью оцифровки процессор.Для некоторых новейших CCD-камер с построчным переносом которые обеспечивают 12-битную оцифровку, динамический диапазон определяется из Шум FWC и чтения составляет примерно 2000, что обычно не требуется 12-битная обработка. Однако ряд современных дизайнов включить опцию для установки усиления на 0,5x, что позволяет полностью использовать 12-битное разрешение. Эта стратегия использует тот факт, что пиксели последовательного регистра имеют в два раза больше электронов. емкость пикселей параллельного регистра, и когда камера работает в Режим бининга 2 x 2 (обычный в флуоресцентной микроскопии), 12 бит могут быть получены изображения высокого качества.
Важно знать о различных механизмах, в которых электронным усилением можно управлять, чтобы использовать доступную битовую глубину процессора, и когда динамический диапазон разных камер по сравнению, лучший подход — вычислить значение из пикселя полная емкость лунки и шум чтения камеры. Обычно можно увидеть камеру системы, оснащенные обрабатывающей электроникой, имеют гораздо более высокую разрешение оцифровки, чем требуется внутренним динамическим диапазоном камера.В такой системе работа на обычном 1x электронном установка усиления приводит к потенциально большому количеству неиспользуемых процессоров уровни серой шкалы. Производитель камеры может применить неуказанный коэффициент усиления 2-4x, который может быть не очевиден для пользователя, и хотя эта практика действительно усиливает сигнал, чтобы использовать полной разрядности АЦП, он производит повышенный шум оцифровки, поскольку количество электронов, составляющих каждую ступеньку уровня серого, уменьшается.
Потребность в высокой битовой глубине в камерах CCD может быть поставлена под сомнение в ввиду того факта, что устройства отображения, такие как компьютерные мониторы и многие другие принтеры используют только 8-битную обработку, обеспечивая 256 уровней серого, и другие печатные носители, а также человеческий глаз могут обеспечивать только 5-7 бит дискриминация.Несмотря на такие низкие визуальные требования, высокие побитовые камеры с большим динамическим диапазоном всегда выгодны, и необходимы для определенных приложений, особенно при флуоресценции. микроскопия. При обработке логометрических или кинетических данных изображений в количественные исследования, большее количество уровней серого позволяет свету интенсивности, которые необходимо определить более точно. Кроме того, когда выполняются несколько операций обработки изображений, данные изображения которые более точно разделены на множество шагов уровня серого, могут выдерживать большую степень математических манипуляций без деградация из-за ошибок округления.
Третье преимущество высокоразрядных систем визуализации реализуется, когда часть захваченного изображения выбирается для отображения, а область интерес охватывает только часть полного динамического диапазона изображения. К оптимизировать представление ограниченного динамического диапазона, исходный количество уровней серого обычно расширяется, чтобы занять все 256 уровней 8-битный монитор или печать. Чем выше битовая глубина камеры, тем меньше крайнее расширение и, соответственно, меньшая деградация изображения. Как Например, если выбранная область изображения занимает только 5 процентов от полной внутрисценовый динамический диапазон, это более 200 уровней серого 4096 распознается 12-битным процессором, но только 12 шагов с 8-битная (256 уровней) система.При отображении на мониторе с 256 уровнями или распечатано, 12-уровневая картинка, развернутая до такой степени, будет выглядеть пиксельные и демонстрируют блочные или контурные ступени яркости, а не плавные тональные градации.
Цветные датчики изображения CCD
Хотя матрицы ПЗС по своей природе не чувствительны к цвету, три разных стратегии обычно используются для получения цветных изображений с помощью камеры CCD системы, чтобы запечатлеть внешний вид образцов в микроскоп. Ранее возникшие технические трудности при отображении и печати цветные изображения больше не являются проблемой, а увеличение количества информации цвет может быть существенным.Многие приложения, такие как флуоресцентная микроскопия, исследование окрашенной гистологии и патологии срезы тканей и другие наблюдения за помеченными образцами с использованием методы светлого поля или дифференциального интерференционного контраста полагаются на цвет как важнейший компонент изображения. Получение цветных изображений с камерой CCD требует, чтобы длины волн красного, зеленого и синего цветов были изолированы цветными фильтрами, приобретаются отдельно и впоследствии объединены в составное цветное изображение.

Каждый подход, используемый для достижения цветовой дискриминации, имеет свои сильные стороны. и слабые места, и все налагают ограничения, ограничивающие скорость, ниже временное и пространственное разрешение, уменьшение динамического диапазона и увеличение шум в цветных камерах по сравнению с полутоновыми камерами.Самый распространенный Метод состоит в том, чтобы покрыть массив пикселей ПЗС чередующейся маской красный, зеленый и синий ( RGB ) микролинзовые фильтры, расположенные по определенному шаблону, обычно это мозаичный узор Bayer . В качестве альтернативы с трехчиповым дизайн, изображение разделено светоделительной призмой и цветным фильтрует на три (RGB) компонента, которые захватываются отдельными ПЗС-матрицы и их выходы объединены в цветное изображение. Третий Подход представляет собой метод с последовательностью кадров , в котором используется одна ПЗС-матрица. для последовательного захвата отдельного изображения для каждого цвета путем переключения цветные фильтры, размещенные на пути освещения или перед тепловизором.

Рисунок 10 — Спектральная чувствительность ПЗС для научных исследований
В большинство фотоаппаратов для цветной микроскопии. Массив фильтров состоит из красного, зеленого, и синие микролинзы, нанесенные на отдельные пиксели в обычном шаблон. Мозаичный фильтр Байера распределяет цветовую информацию по четырехпиксельные сенсорные блоки, включающие один красный, один синий и два зеленых фильтры. Зеленый цвет подчеркнут в схеме распределения для лучшего соответствуют зрительной чувствительности человека и разделяют информацию о цвете среди групп по четыре пикселя лишь незначительно ухудшает разрешение.В человеческая зрительная система приобретает пространственные детали в первую очередь из яркости компонент цветовых сигналов, и эта информация сохраняется в каждом пиксель независимо от цвета. Визуально удовлетворительные изображения достигаются сочетание цветовой информации низкого пространственного разрешения с монохромные детали конструкции высокого разрешения.
Уникальный дизайн цветных камер с одной ПЗС-матрицей улучшает пространственное разрешение за счет небольшого смещения ПЗС-матрицы между изображениями, снятыми в последовательность, а затем интерполяция между ними (метод, известный как смещение пикселей ), хотя получение изображения значительно замедляется из-за этого процесса.Другой подход к маскированию отдельных пикселей — быстрое перемещение массива цветных микролинз в квадратном узоре непосредственно над ПЗС-матрицей поверхность во время сбора фотонов. Наконец, недавно представленный технология объединяет три фотоэлектронных ямы в каждый пиксель на разная глубина различения длины волны фотона. Максимум пространственное разрешение сохраняется в этих стратегиях, потому что каждый пиксель предоставляет информацию о красном, зеленом и синем цвете.
Трехчиповая цветная камера сочетает высокое пространственное разрешение с быстрое получение изображений, обеспечивающее высокую частоту кадров, подходящую для быстрого последовательности изображений и видеовыход.Используя светоделитель для прямой сигнал на три фильтрованных ПЗС, которые отдельно записывают красный цвет, зеленый и синий компоненты изображения одновременно, очень высокий уровень захвата возможны скорости. Однако, поскольку интенсивность света, подаваемого на каждая ПЗС-матрица существенно уменьшена, комбинированное цветное изображение значительно тусклее, чем монохромное однокристальное изображение при сопоставимой экспозиции. К цветному изображению можно применить усиление для увеличения его яркости, но отношение сигнал / шум страдает, а изображения демонстрируют большую очевидность шум.Пространственное разрешение, достигаемое трехчиповыми камерами, может быть выше чем у отдельных ПЗС-сенсоров, если каждая ПЗС-матрица смещена на количество субпикселей относительно остальных. Поскольку красный, зеленый и синий изображения представляют собой немного разные образцы, их можно объединить программное обеспечение камеры для создания композитных изображений с более высоким разрешением. Многие микроскопия и другие научные приложения, требующие больших пространственных и временное разрешение выигрывают от использования камеры с тройной ПЗС-матрицей системы.
Цветные камеры, называемые чередующимися кадрами, оснащены моторизованным колесом фильтров или жидкокристаллическим перестраиваемым фильтром ( LCTF ) для последовательного экспонирования красного, зеленого и синего компонентов изображения на одиночная ПЗС-матрица.Поскольку один и тот же датчик используется для отдельных красных, зеленых, и голубых изображений сохраняется полное пространственное разрешение чипа, и регистрация изображения выполняется автоматически. Приобретение три кадра подряд замедляют процесс получения изображения и дисплей, и правильный цветовой баланс часто требует другой интеграции раз для трех цветов. Хотя этот тип камеры обычно не подходит для захвата с высокой частотой кадров, использование быстродействующие жидкокристаллические перестраиваемые фильтры для R-G-B секвенирование может существенно увеличить скорость работы.В поляризационная чувствительность LCTF должна учитываться в некоторых приложений, поскольку они передают только один вектор поляризации, и могут изменить цвета двулучепреломляющих образцов, рассматриваемых в поляризованном свете.
Лучшие камеры CCD для астрофотографии
Когда-то не так давно лучшие камеры CCD для астрофотографии требовали серьезных денег. На заре развития этой технологии, в конце 1990-х, такие камеры были невероятно громоздкими, дорогими и сложными в использовании.К счастью, технология быстро развивалась, и сегодня мы избалованы выбором, когда дело доходит до поиска лучшей камеры CCD для астрофотографии.
Другие руководства по астрофотографии
В отличие от обычных цифровых фотоаппаратов, ПЗС-камера специально разработана для работы с телескопами и оптимизирована для фотографирования глубокого космоса.
Сегодня есть что-то практически на любой бюджет и любой уровень опыта. Это, конечно, означает, что на самом деле может быть сложно принять решение о том, что покупать.В этом руководстве мы поделимся нашим выбором из восьми лучших камер CCD для астрофотографии (включая некоторые, которые действительно используют датчики CMOS), охватывающие все аспекты и уровни бюджета.
В конце мы также предлагаем три обычные камеры, которые являются разумным выбором для астрофотографии, если вы хотите получить снимок, который можно делать без привязки к телескопу.
Выбор камеры CCD для астрофотографии
Сегодня цифровые камеры формирования изображений CCD / CMOS обычно бывают двух основных типов: черно-белые и одноцветные.Монохромная камера создает изображения только в оттенках серого, поэтому для создания цветных изображений вам понадобится набор фильтров RGB. Цветные камеры с одним снимком могут, как следует из названия, сразу же создавать цветные изображения.
Цветные тепловизоры, без сомнения, проще использовать, если вам нужны цветные фотографии. Однако из-за того, как они работают с однокамерными цветными камерами, лучшие изображения по-прежнему получаются от монофонических камер, использующих цветные фильтры. Честно говоря, это проблема, о которой должны беспокоиться только самые требовательные астрофотографы — в наши дни разница в качестве изображения намного меньше.
Еще одним фактором, который следует учитывать при использовании камер CCD и CMOS, является размер сенсора и размер пикселя сенсора. Ваш выбор будет зависеть от того, что вы хотите сфотографировать. Для туманностей, галактик, ночных пейзажей и т. Д. Вам понадобится большой датчик с большим полем обзора. Для съемки Луны или планет вам понадобится датчик меньшего размера, обеспечивающий меньшее поле зрения.
Современные камеры могут работать в двух режимах: съемка одиночных неподвижных кадров или высокоскоростных видеопотоков. Первый обычно используется для изображения туманностей и галактик, а второй — для изображения Луны и планет.
Практически все камеры, которые вы можете купить сегодня, работают через высокоскоростной интерфейс USB3. Как правило, все они будут поставляться со своим собственным программным обеспечением, однако доступно множество пакетов третьих сторон, и многие из них на самом деле будут лучше, чем программное обеспечение, поставляемое производителем.
Давайте начнем с нашего обзора лучших камер CCD для астрофотографии. Мы включили ряд различных астрономических камер, предназначенных для различных задач, от получения изображений Луны, Солнца и планет до фотосъемки глубокого неба с большой выдержкой.Независимо от того, что вы хотите сделать, есть доступная камера, которая, несомненно, оправдает или превзойдет ваши ожидания.
Лучшие камеры CCD для астрофотографии
1. ZWO Optical ASI120MC Color CMOS camera
Идеальная недорогая камера, чтобы попробовать свои силы в астрофотографии
Датчик: 1/3 ″ CMOS AR0130CS (Color) (1280 х 960) | Размер пикселя: 3,75 мкм | Скорость захвата видео: 60 кадров в секунду при разрешении 1280×960. 133 кадра в секунду при 640 x 480 | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER с глубиной 8 или 12 бит | Возможности подключения: USB3
Отлично подходит для фотосъемки Луны и планет
Возможность однократного цветного снимка
Доступная цена
Не подходит для получения изображений туманностей и галактик
• Купить в Astroshop.eu за 154 фунта стерлингов

Камера ZWO ASI120MC — идеальная первая камера, если вы хотите попробовать свои силы в астрофотографии. Эта специализированная камера предназначена для подсоединения вашего телескопа и обеспечения прямой трансляции видео на экране (а также позволяет снимать видеопоследовательности). Возможно, это идеальный выбор для тех, кто искренне интересуется попытками попытаться получить изображения Луны и планет. Даже прикрепленная к небольшому телескопу, эта камера легко запечатлит детали облачных поясов Юпитера или бесчисленных крошечных кратеров на поверхности Луны.Он подключается к портативному компьютеру с помощью кабеля USB3. Все программное обеспечение для работы камеры можно бесплатно загрузить в Интернете.
2. ZWO Optical ASI183MC Pro Cooled Color CMOS camera
Выбор для тех, кто более серьезно относится к съемке глубокого неба с длинной выдержкой
Датчик: 1 ″ CMOS IMX183CLK-J / CQJ-J (5496 x 3672) | Размер пикселя: 2,4 мкм | Скорость захвата видео: 5496 × 3672 @ 19 кадров в секунду. Возможность однократной длительной выдержки. | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER с глубиной 8 или 12 бит | Возможности подключения: USB3
Идеально для создания изображений глубокого космоса
Колесо фильтра не требуется
Отличные возможности по цене
Дорого
• Купить в Astroshop.eu за 580 фунтов стерлингов
Нельзя уйти от того факта, что специализированные охлаждаемые камеры, предназначенные для получения изображений глубокого неба с длительной выдержкой, стоят дорого. ZWO ASI183MC Pro — это камера начального уровня на этом рынке, и хотя она все еще довольно дорогая, не так давно такая камера стоила бы вам тысячи долларов. Он предлагает двухступенчатую систему охлаждения для минимизации шума при более длительных выдержках и оснащен большим 20-мегапиксельным CMOS-чипом. Эта камера выпускается в двух цветных или монохромных моделях (обе имеют одинаковую цену).Фотографы, желающие попробовать свои силы в более серьезной астрофотографии глубокого космоса, не ошиблись бы, установив эту камеру, прикрепленную к их телескопу. Немного попрактиковавшись, вы легко сможете начать делать снимки далеких галактик и туманностей.
3. Цветная окулярная USB-камера Orion Starshoot II
Супер дешевый вариант, идеально подходящий для детей или начинающих
Датчик: Матрица CMOS 640 x 480 | Размер пикселя: 5,6 мкм | Скорость захвата видео: 640 x 480 @ 24 кадра в секунду | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER с глубиной 8 бит | Возможности подключения: USB3
Невероятно низкая цена
Отлично подходит для стрельбы по более ярким целям
Ограниченные возможности
Не подходит для съемки глубокого неба
Для тех, кто хочет попробовать свои силы в съемке ярких объектов, таких как луна и планеты, с помощью Минимальные финансовые затраты, цветная USB-камера Orion Starshoot — отличное место для начала.Несмотря на то, что он ограничен в возможностях, он, безусловно, позволит вам в реальном времени наслаждаться видом на Луну и планеты на экране вашего ноутбука и начать делать снимки этих объектов. Эта камера также станет отличным подарком для молодого подающего надежды астронома. Еще одним преимуществом является то, что программное обеспечение, необходимое для обработки видео, снятых этой камерой, доступно бесплатно в Интернете.
4. Celestron Neximage Solarsystem Imager
Отличная бюджетная камера для съемки Луны и планет
Датчик: CMOS 1280 x 720 Датчик цвета | Размер пикселя: 3.0 микрон | Скорость захвата видео: 30 кадров в секунду при 1280 x 720 | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER | Возможности подключения: USB2
Отличные характеристики и упаковка по цене
Полноцветное изображение
Включено программное обеспечение для обработки
Ограничено для получения изображений Луны и планет
Учитывая его цену, то, что вы получаете с тепловизором для солнечной системы Celestron Neximage, является впечатляюще мощный пакет. Камера не только способна делать высококачественные снимки Луны и планет, но и оснащена программным пакетом для обработки данных.Приятно видеть, что фактически представляет собой комплексное решение для получения изображений Луны и планет, предлагаемое по такой доступной цене. У камеры также есть дополнительный бонус в виде 10-битного качества данных для улучшенного динамического диапазона — опять же, что-то замечательное по такой низкой цене.
(Изображение предоставлено ZWO)
5. ZWO ASI290MM CMOS-камера
Одна из лучших камер для получения изображений планет
Датчик: 1 / 2,8 ″ CMOS IMX290 / IMX291 (1936 x 1096) | Размер пикселя: 2.9 микрон | Скорость захвата видео: 1936 × 1096 @ 172 кадра в секунду | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER с глубиной 8 или 12 бит | Возможности подключения: USB3
Высокочувствительный чип
Молниеносная частота кадров
Возможность использования специализированных фильтров
Очень маленький размер пикселя
Монокамера, требующая фильтров для цветного изображения
• Купить в Astroshop. eu за 340 фунтов стерлингов
ZWO ASI290MM, пожалуй, самая лучшая из доступных в настоящее время камер для визуализации планет.Его используют некоторые из самых известных планетных астрофотографов. Его высокочувствительный чип в сочетании с очень высокой частотой кадров видео делает его идеальным выбором для тех, кто ищет лучшую камеру для съемки Луны и планет. Она также очень проста в использовании, поскольку доступны бесплатные сторонние программные пакеты, позволяющие использовать камеру в полном объеме. Независимо от того, прикреплена ли она к маленькому телескопу для начинающих или к усовершенствованному телескопу с большой апертурой, эта камера доставит вам все необходимое.Единственная потенциальная проблема, о которой следует знать, заключается в том, что очень маленький размер пикселя может быть проблематичным для телескопов с большим фокусным расстоянием.
(Изображение предоставлено Альтаиром)
6. Альтаир Hypercam IMX174 Монофоническая камера USB3
Высокопроизводительная астрономическая камера по хорошей цене
Датчик: 1 ″ SONY Exmoor IMX174 Mono CMOS-сенсор (1920 x 1200) | Размер пикселя: 5,86 мкм | Скорость захвата видео: 1920 x 1200 при 128 кадрах в секунду. Возможность однократной длительной выдержки | Форматы файлов захвата: JPEG, TIFF, FIT, AVI, SER с глубиной 8 или 12 бит | Возможности подключения: USB3
Простота использования
Великолепная универсальная производительность
Чувствительный чип, обеспечивающий высокий динамический диапазон
Монокамера, поэтому для цветопередачи требуются файлы RGB
Камера Altair Hypercam IMX174 — камера среднего уровня, предназначенная для приложения для получения изображений как планет, так и дальнего космоса.Он включает в себя высокочувствительный CMOS-чип Sony, который позволяет получать изображения ярких туманностей и галактик даже при довольно коротких выдержках. Он также превосходно подходит для съемки планет, обеспечивая очень высокую скорость захвата видео — более 100 кадров в секунду. Это монохромная камера, поэтому вам придется потратиться на колесо фильтров и цветные фильтры, если вы хотите получать цветные изображения (это очень распространено в астрофотографии). Большой размер пикселя датчика также означает, что его можно использовать для получения изображений глубокого неба на телескопах с большим фокусным расстоянием, таких как Schmidt Cassegrains.
(Изображение предоставлено QHY)
7. QHY 8L охлаждаемая цветная ПЗС-камера
Мощная камера, идеально подходящая для съемки глубокого неба с длительной выдержкой
Датчик: APS-C ICX413AQ Color (3110 x 2030) | Размер пикселя: 7,8 мкм | Скорость захвата видео: N / A | Форматы файлов захвата: TIFF, FIT с полной глубиной 16 бит | Возможности подключения: USB2
Большой датчик цвета и система охлаждения
Полная глубина 16 бит
Большие пиксели идеально подходят для съемки больших туманностей и галактик
Дорого
Только для серьезных энтузиастов глубокого космоса
QHY 8L — отличная камера для серьезных энтузиастов, стремящихся получить высококачественные изображения слабых небесных целей, таких как галактики и туманности.Его большой чувствительный чип в сочетании с надлежащей системой охлаждения для минимального уровня шума делают его отличным выбором для фотографирования туманностей и галактик. У нее также есть дополнительное преимущество — это однокадровая цветная камера, поэтому дополнительные фильтры не требуются — вы можете сразу начать снимать полноцветные изображения. Он может похвастаться полной 16-битной глубиной цвета собираемых данных для максимального динамического диапазона.
8. Монохромная ПЗС-камера ATIK 383L +
Высококачественная специализированная астрономическая ПЗС-камера с высококлассным сенсором
Сенсор: ПЗС-матрица Kodak KAF-8300 17.6 мм x 13,52 м | Размер пикселя: 5,4 мкм | Скорость захвата видео: N / A | Форматы файлов захвата: 16 бит FITS | Возможности подключения: USB2
Характеристики с очень низким уровнем шума
Изображения высочайшего качества
Монохромный чип, требующий цветных фильтров
Последняя запись в нашем списке лучших камер CCD для астрофотографии — ATIK 383L +. Чип Kodak 8300 CCD используется в некоторых из самых популярных фотоаппаратов, используемых опытными фотографами дальнего космоса.Его отличные характеристики с низким уровнем шума в сочетании с полной 16-битной глубиной обеспечивают данные высочайшего качества. Камера сочетает в себе малошумную электронику с сенсором исследовательского класса. Когда-то такая камера стоила в несколько раз дороже, чем она доступна сегодня. Тем, кто ищет топовую астрономическую CCD-камеру по цене начального уровня, стоит обратить внимание на ATIK 383L +.
Также рассмотрите …
(Изображение предоставлено Nokishita / Canon)
9. Canon EOS Ra
Первая полнокадровая астрофотографическая камера Canon — победитель
Датчик: Полнокадровый 30.3 МП CMOS (6720 x 4480) 36 x 24 мм | Размер пикселя: 5,36 мкм | Скорость захвата видео: 4K 30 кадров в секунду, 1080p 60 кадров в секунду | Форматы файлов захвата: JPEG, RAW | Возможности подключения: USB 3.1, Wi-Fi, Bluetooth, HDMI mini (Type-C), разъем типа E3 — работайте с объективами Canon или подключайтесь напрямую к телескопу через недорогой адаптер | Операционное программное обеспечение: Программное обеспечение Canon или сторонних производителей, доступное в Интернете | Питание: Литий-ионный аккумулятор LP-E6 / LP-E6N
Специализированный полнокадровый датчик
30-кратный Live View и увеличение в видоискателе
Видео 4K
Файлы CR3 (RAW), которые еще не поддерживаются некоторыми астрономическими программами
Для 35-мм сенсора нужен большой круг изображения
Последней специализированной камерой Canon для астрофотографии была Canon EOS 60Da еще в 2010 году — способная, но с кадрирующим сенсором камера, построенная на основе технологии цифровых зеркальных фотокамер десятилетней давности.Напротив, Canon EOS Ra — это астрокамера с огромным полнокадровым датчиком изображения 30 МП, что само по себе является роскошью в мире астрофотографии. Однако это не штатный датчик; Фильтр, отсекающий инфракрасное излучение, модифицирован таким образом, чтобы пропускать в четыре раза больше альфа-лучей водорода с длиной волны 656 нм, что обеспечивает более высокое пропускание темно-красных ИК-лучей без необходимости использования специальной оптики или аксессуаров. Он также может похвастаться невероятно полезным 30-кратным увеличением как на заднем экране, так и в электронном видоискателе, а также возможностью записи четкого видео 4K.Некоторые из более изысканных сторонних программ по-прежнему догоняют файлы Canon RAW, и вам нужно убедиться, что ваша оптика может поддерживать круг изображения более крупного датчика (хотя есть параметры кадрирования в камере) , но в остальном это явный победитель для стрельбы по звездам.
• Обзор Canon EOS Ra
(Изображение предоставлено Sony)
10. Sony A7S Mark III
Лучшая беззеркальная камера для астрофотографии
Датчик: Полнокадровый CMOS Sony Exmoor (4240 x 2832) ) | Размер пикселя: 8.3 микрона | Скорость захвата видео: 120 кадров в секунду при 1280 x 960 | Форматы файлов захвата: JPEG, RAW, XAVC S 4K, XAVC S HD, AVCHD, MP4 | Возможности подключения: USB3
Новаторские характеристики при слабом освещении
Отлично подходит для ночных пейзажей, а также при подключении к телескопу
Датчик 12,2 МП
Датчик «Стандартный», не адаптированный для астрофотографической съемки
Если вы ищете идеальный сменный объектив камера для астрофотографии, тогда не ищите ничего, кроме Sony Alpha A7S Mark III.Когда эта полнокадровая камера появилась на рынке, удивительные характеристики этой полнокадровой камеры удивили многих. Учитывая, что камера оснащена большим 36-миллиметровым полнокадровым сенсором, она также предлагает действительно большой чип по доступной цене (особенно по сравнению со специализированными астрономическими камерами аналогичной спецификации). Это означает, что она идеально подходит для получения изображений глубокого неба. Он также может похвастаться возможностями высокоскоростной видеосъемки, поэтому при желании может быть использован для съемки лунных или планетарных видеопоследовательностей.Превосходная высокопроизводительная камера, которая удовлетворит даже самого требовательного фотографа.
(Изображение предоставлено Canon)
11. Canon EOS Rebel T100 / Canon EOS 4000D
Отличный универсальный выбор для начинающего астрофотографа
Датчик: APS-C CMOS (5184 x 3456) 22,3 x 14,9 мм | Размер пикселя: 4,3 мкм | Скорость захвата видео: Макс. 60 кадров в секунду при разрешении 720p | Форматы файлов захвата: JPEG, RAW | Возможности подключения: USB3, Wi-Fi (IEEE802.11b / g / n), выход HDMI mini (Type-C). Работайте с объективами Canon или подключайтесь напрямую к телескопу через недорогой адаптер. | Операционное программное обеспечение: Программное обеспечение Canon или сторонних производителей, доступное в Интернете | Мощность: Литий-ионный аккумулятор LP-E10
Отличный универсальный выбор для начинающих фотографировать
Низкая цена
Мастер на все руки
«Стандартный» сенсор не адаптирован для астрофотографической съемки
Цифровые зеркальные камеры без сомнения, чрезвычайно популярный.Хотя они, конечно, являются отличным выбором для обычных фотографических приложений, они также часто используются для астрофотографии. Одна из замечательных особенностей такой камеры заключается в том, что она позволит вам попробовать свои силы практически в любой конкретной области объекта. Возможно, они лучше всего подходят для создания живописных снимков ночного пейзажа, когда ночное небо изгибается над пейзажем переднего плана. Однако их также можно легко подключить к телескопу и использовать для правильной астрофотографии с длинной выдержкой, а также для получения изображений Луны и планет (поскольку в наши дни все они имеют возможности высокоскоростной видеосъемки.)
Подробнее:
• Астрофотография: практические руководства, советы и видео по получению лучших снимков
• Инструменты астрофотографии: лучшая камера, объективы и оборудование для съемки ночное небо
• Лучшие телескопы для астрофотографии
• Лучшие бинокли в 2021 году
• Лучшие крепления камеры
• Лучшие фильтры светового загрязнения для астрофотографии
• Лучший налобный фонарь
Обзор лучших предложений сегодняшнего дня
ПЗС-камеры
** ВСЕ ВКЛЮЧЕННЫЕ Датчики Semi KAI имеют истекший срок службы, доступность ограничена.Датчики Sony ICX будут доступны до 2025 года.

IMPERX представляет новую серию камер Tiger в линейке передовых цифровых камер CCD. Как и серия камер Bobcat, серия Tiger предлагает множество моделей, высококачественные цифровые изображения, гибкость и надежность. В то же время серия Tiger предлагает несколько улучшений и новых возможностей:
Новая платформа визуализации с новейшим дизайном сенсора и компонентами
Разрешение до 47 МП
Датчики повышенной чувствительности в ближнем ИК-диапазоне
Низкие требования к мощности
Пониженный уровень шума
Прочная и промышленная версии
Поддержка активного / пассивного объектива Canon EOS
Упрощенные наборы функций для облегчения использования
Камеры TIGER
В замечательных камерах Tiger используются более крупные и быстрые сенсоры (оптические форматы от 4/3 ”до 57 мм) и передовая технология обработки, чтобы соответствовать все более требовательным приложениям.Разрешения камеры включают 47, 29, 16, 8,6, 8 и 4 мегапикселя и предлагают широкий диапазон частот кадров.
Прочная и промышленная версии обеспечивают производительность и ценность:
Версия повышенной прочности
Более жесткие условия, приложения
Более широкие температуры (от -40 ° C до + 85 ° C)
Более сильные удары и вибрация
Промышленная версия
Долговечность в широком спектре применений
Идеально для коммерческих температур (от -10 ° C до + 60 ° C)
Гибкость программирования
Камеры BOBCAT и Tiger
Бобкэт 2.0 и Tiger — это программируемые высококачественные ПЗС-камеры с низким уровнем шума и ПЛИС высокой плотности для программируемых функций. Они включают 8, 10, 12 или 14-битный вывод и совместимость с популярными интерфейсами вывода.
Камеры
IMPERX CCD полностью программируются с помощью простого в использовании программного обеспечения для настройки камеры IMPERX. Камеры предоставляют множество способов активировать камеру и синхронизировать ее с внешним освещением, событиями или другими камерами.
Найдите CCD-камеру, которая подойдет именно вам
Селектор камеры
Чтобы увидеть все возможности нашей линейки камер, пожалуйста, посетите нашу страницу выбора камеры.
Серия
Tiger ** ВСЕ ВКЛЮЧЕННЫЕ Датчики Semi KAI с истекшим сроком службы, доступность ограничена. Датчики Sony ICX будут доступны до 2025 года.
Эксперты по датчикам Imperx, Inc. готовы проконсультировать и оказать поддержку по любым вопросам, касающимся заказов, вариантов замены и любых оценок датчиков. Команда поможет обезопасить существующие проекты. Для предложений, заказов и индивидуальных решений CCD обращайтесь в Imperx, Inc.
Примечание: сдвиньте экран, чтобы увидеть все параметры
Модель Мегапиксель Разрешение Датчик Оптический FPS Доступные интерфейсы
T2040 4 MP 2048 x 2048 KAI-04070 4/3 « 34 Camera Link® Medium, CoaXPress
T3340 8 МП 3296 x 2472 KAI-08051 4/3 « 21 Camera Link® Medium, CoaXPress
T3640 8.6 МП 3600 x 2400 KAI-08670 APS-H 15 Camera Link® Medium, CoaXPress
T4840
16 МП 4880 x 3232 KAI-16070 35 мм 7,9 Camera Link® Medium, CoaXPress
T4940 16 MP 4896 x 3264 KAI-16050 APS-H 8,8 Camera Link® Medium, CoaXPress
T6640 29 MP 6576 x 4384 KAI-29050 35 мм 4.9 Camera Link® Medium, CoaXPress
T6641 29 MP 6576 x 4384 KAI-29052 35 мм 4,9 Camera Link® Medium, CoaXPress
T8040 43 MP 8064 x 5360 KAI-43140 35 мм 2.7 Camera Link®, Camera Link® Medium, CoaXPress
T8810 47 MP 8856 x 5280 KAI-47051 645 (1.1x) 3,2 Camera Link® Medium
T8820 47 MP 8856 x 5280 KAI-47051 645 (1.1x) 6.5 Camera Link® Full
T9040 50 MP 10440 x 5280 KAI-50140 51,7 мм 4 Camera Link® Medium, CoaXPress
Серия
Bobcat ** ВСЕ ВКЛЮЧЕННЫЕ Датчики Semi KAI имеют срок эксплуатации и ограничены.Датчики Sony ICX будут доступны до 2025 года.
Эксперты по датчикам Imperx, Inc. готовы проконсультировать и оказать поддержку по любым вопросам, касающимся заказов, вариантов замены и любых оценок датчиков. Команда поможет обезопасить существующие проекты. Для предложений, заказов и индивидуальных решений CCD обращайтесь в Imperx, Inc.
Примечание: сдвиньте экран, чтобы увидеть все параметры
Модель Мегапиксель Разрешение Датчик Оптический FPS Доступные интерфейсы
B0610 VGA 640 x 480 KAI-0340S 1/3 « 136 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B0620 VGA 640 x 480 KAI-0340D 1/3 « 259 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1020 1 MP 1024 x 1024 KAI-01050 1/2 « 74 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1040 1 MP 1024 x 1024 KAI-01050 1/2 « 148 Camera Link® Medium
B1310 1.3 МП 1280 x 960 ICX-445 1/3 « 39 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1320 1 MP 1280 x 720 KAI-01150 1/2 « 85 GigE, PoE, Camera Link® Base, HD-SDI, CoaXPress
B1340 1 МП 1280 x 720 KAI-01150 1/2 « 169 Camera Link® Medium
B1410 1.4 МП 1360 x 1024 ICX-285 2/3 « 30 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1411 1,4 МП 1360 x 1024 ICX-267 1/2 « 31 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1610 2 MP 1620 x 1220 ICX-274 1 / 1,8 « 25 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1620 2 MP 1600 x 1200 KAI-2020 1.0 « 44 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1621 2 MP 1600 x 1200 KAI-02050 2/3 « 42 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B1641 2 МП 1600 x 1200 KAI-02050 2/3 « 83 Camera Link® Medium
B1921 2 MP 1920 x 1080 KAI-02150 2/3 « 39 GigE, PoE, Camera Link® Base, HD-SDI, CoaXPress
B1922 2 MP 1940 x 1460 ICX-674 2/3 « 25 GigE, PoE, Camera Link® Base, HD-SDI, CoaXPress
B1923 2 MP 1920 x 1080 KAI-02170 1.0 « 37 GigE, PoE, Camera Link® Base, HD-SDI, CoaXPress
B1941 2 МП 1920 x 1080 KAI-02150 2/3 « 79 Camera Link® Medium
B1942 2 МП 1940 x 1460 ICX-674 2/3 « 54 Camera Link® Medium
B1943 2 MP 1920 x 1080 KAI-02170 1.0 « 74 Camera Link® Medium
B2020 4 MP 2048 x 2048 KAI-04022 4/3 « 20 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2021 4 MP 2048 x 2048 KAI-04070 4/3 « 17 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2041 4 МП 2048 x 2048 KAI-04070 4/3 « 34 Camera Link® Medium
B2320 4 MP 2336 x 1752 KAI-04050 1.0 « 21 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2340 4 МП 2336 x 1752 KAI-04050 1.0 « 41 Camera Link® Medium
B2510 5 МП 2448 x 2050 ICX-655 2/3 « 9,6 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2520 5 MP 2448 x 2050 ICX-625 2/3 « 16.0 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2720 6 MP 2750 x 2200 ICX-694 1,0 « 12,7 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B2740 6 МП 2750 x 2200 ICX-694 1,0 « 25,4 Camera Link® Medium
B3320 8 MP 3296 x 2472 KAI-08050 4/3 « 10.6 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B3340 8 МП 3296 x 2472 KAI-08050 4/3 « 21 Camera Link® Medium
B3420 9 MP 3388 x 2712 ICX-814 1,0 « 8,6 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B3440 9 MP 3388 x 2712 ICX-814 1.0 « 17,2 Camera Link® Medium
B4020 11 MP 4008 x 2672 KAI-11002 43 мм 6.4 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B4820 16 MP 4872 x 3248 KAI-16000 43 мм 4,2 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B4821 16 MP 4896 x 3264 KAI-16050 32.36 мм 4,2 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B4822 16 MP 4864 x 3232 KAI-16070 43 мм 4,1 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B4841 16 MP 4896 x 3264 KAI-16050 32,36 мм 8,8 Camera Link® Medium
B4842 16 MP 4864 x 3232 KAI-16070 43 мм 7.9 Camera Link® Medium
B6620 29 MP 6576 x 4384 KAI-29050 43 мм 2,4 GigE, PoE, Camera Link® Base, CoaXPress
B6640 29 MP 6576 x 4384 KAI-29050 43 мм 4,7 Camera Link® Medium
ПЗС-камеры для различных отраслей
IMPERX производит прочные, сверхпрочные ПЗС-камеры для различных промышленных, производственных и деловых приложений.Приложения включают в себя оптический контроль, ЖК-контроль, медицинскую визуализацию (эндоскопию, микроскопы), военные и аэрофотосъемку. Наши камеры с высоким разрешением имеют разрешение до 29 мегапикселей и доступны с различными интерфейсами, включая Camera Link®, GigE Vision, HD-SDI и CoaXPress. Камеры Bobcat 2.0 включают встроенную предварительную обработку изображений, встроенные программируемые коррекции, автоматическую экспозицию, автоматическое усиление, автоматическое управление диафрагмой и программируемую экспозицию с точностью до одной микросекунды.
IMPERX: мировой производитель и поставщик камер CCD
Наши камеры CCD используются во всем мире, включая Северную Америку, Азию (Китай, Корея, Япония), Европу и Индию.Наши камеры CCD всемирно известны своим надежным качеством, высоким разрешением, высокой скоростью и многочисленными программируемыми функциями. ПЗС-камеры IMPERX с несколькими выходами являются лучшим выбором для самых требовательных коммерческих приложений.
Выбор камеры CCD для спектроскопических приложений
Какие соображения по управляющей электронике необходимо учитывать при выборе камеры?
Фотоны, электроны и счетчики
До сих пор обсуждались фотоны и электроны.Фотоны образца высвобождают электроны в датчике. Эти электроны, электроны в темновом токе и электроны, полученные в процессе считывания, объединяются при измерении. Однако значения, отображаемые на экране, являются счетчиками. С 16-битным аналого-цифровым преобразователем можно различить 65 535 отсчетов. Электроника позволяет пользователю определять, сколько электронов составляет один счет, посредством регулировки усиления усилителя. Электроника HORIBA Scientific позволяет выбирать коэффициент усиления от 1 до 8 электронов на счет.Возможность выбора усиления важна для оптимизации отношения сигнал / шум и динамического диапазона.
При очень низких уровнях освещенности, когда шум считывания имеет тот же порядок величины, что и дробовой шум (с коэффициентом усиления 1 электрон на счет), теоретически возможно в конечном итоге отличить сигнал от шума, если их достаточно. время для интеграции до того, как внешние силы повлияют на данные. При уровне шума считывания в 3 электрона для преодоления шума считывания потребуется менее 25 сигнальных электронов, что ограничивает дробовой шум измерения.
Однако на этом уровне максимальная измеряемая интенсивность будет 65535 электронов, так как это предел АЦП. Кроме того, динамический диапазон будет ограничен 65 535/3 или 21 845 до 1.
Использование усиления в 4 электрона на отсчет при уровнях сигнала чуть выше 25 электронов снизит шум считывания до одного отсчета. Фактически, это уменьшило бы любой шум считывания менее 6 электронов до одного счета (который покрывает большинство научных ПЗС-детекторов). Таким образом, до насыщения можно было измерить более 260 000 электронов, а динамический диапазон был бы выше, 65 535 к 1.
Коэффициент усиления 4 электрона на счет является оптимальным коэффициентом усиления для покрытия как очень слабых, так и очень сильных сигналов с максимально возможным динамическим диапазоном. При таком усилении любой шум считывания между 1 и 6 электронами будет неразличим, поскольку они почти всегда попадают в пределы первого счета.
На рис. 55 показан путь преобразования фотона в счет.
CCD, EMCCD или sCMOS, какая камера лучше всего подходит для моих исследований? — Oxford Instruments
Основные виды высокопроизводительной научной камеры включают:
— Популярная камера с зарядовой связью — ПЗС-камера ,
— Электронно-умножающая камера с зарядовой связью — EMCCD-камера ,
— дополнительная камера с металло-оксидно-полупроводниковыми элементами — sCMOS-камера и;
— ПЗС-камера с усиленным изображением — Камера ICCD .
В первых трех детекторах фотодатчик на кремниевом диоде (часто называемый пикселем) подключен к области накопления заряда, которая, в свою очередь, подключена к усилителю, который считывает количество накопленного заряда. Падающие фотоны генерируют электронные заряды, которые хранятся в области накопления заряда. Если падающие фотоны обладают достаточной энергией и поглощаются в обедненной области, они высвобождают электрон, который может быть обнаружен как заряд. Свойства пропускания и поглощения кремния затем определяют спектральный отклик детектора, и это объясняется далее в другом разделе.
В CCD обычно имеется только один усилитель в углу всего массива, и накопленный заряд последовательно передается через параллельные регистры в линейный последовательный регистр, а затем в выходной узел, расположенный рядом с усилителем считывания. ПЗС-датчики были впервые разработаны в конце 60-х годов, и сейчас технология является относительно зрелой. Характеристики ПЗС раздвинули границы эффективности обнаружения света и снижения шума от темнового сигнала или считывания усилителя.Одним из недостатков ПЗС-матрицы является тот факт, что ПЗС-матрица по сути является устройством последовательного считывания, а низкая шумовая характеристика достигается только за счет низкой скорости считывания. КМОП-камеры могут обеспечивать высокую частоту кадров при умеренной чувствительности.
В детекторах CMOS каждый отдельный фотосенсор или, что более часто, каждый столбец фотодатчиков имеет связанный с ним усилитель. Ряд пикселей может считываться параллельно со строкой, выбранной регистром адресации, или отдельный пиксель может быть выбран мультиплексором столбцов.Устройство CMOS — это, по сути, устройство параллельного считывания и поэтому может обеспечить более высокую скорость считывания, особенно необходимую для приложений обработки изображений. Однако технология детекторов CMOS все еще нуждается в значительном развитии, чтобы конкурировать с CCD за производительность в научных приложениях. Для обеспечения параллельного считывания КМОП-усилитель использует несколько усилителей, каждый со своим коэффициентом усиления, линейностью и шумовыми характеристиками. Компенсация изменений в современных КМОП-устройствах затруднена в широком диапазоне уровней освещенности и с точностью, необходимой для научных приложений.Камеры EMCCD обеспечивают высокую скорость считывания и высокую чувствительность.
EMCCD имеет по существу ту же структуру, что и ПЗС-матрица, с добавлением очень важной особенности. Сохраненный заряд передается через параллельные регистры в линейный регистр, как и раньше, но теперь перед считыванием в выходном узле заряд сдвигается через дополнительный регистр, регистр умножения, в котором заряд усиливается. Таким образом, сигнал может быть усилен выше шума считывания усилителя, и, следовательно, EMCCD может иметь более высокую чувствительность, чем CCD.
EMCCD
используют структуру, аналогичную ПЗС-матрице, и имеют аналогичные ограничения в отношении минимального времени экспонирования, которого они могут достичь. Камеры с усиленной ПЗС-матрицей могут достигать сверхкороткого времени выдержки.
В усилителе изображения светочувствительная поверхность (фотокатод) улавливает падающие фотоны и генерирует электронные заряды, которые воспринимаются и усиливаются.
Фотокатод аналогичен по своей природе светочувствительной области фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), которые широко используются в конфокальных микроскопах и спектрометрах.Когда фотоны падают на фотокатод, они используют энергию падающих фотонов для высвобождения электронов. Освободившиеся электроны затем ускоряются в направлении электронного умножителя, состоящего из ряда наклонных трубок, известных как пластина с микроканальными каналами. Под ускоряющим потенциалом высокого напряжения падающие электроны получают достаточно энергии, чтобы сбить дополнительные электроны и, следовательно, усиливают исходный сигнал
Затем этот сигнал может быть обнаружен несколькими способами, либо прямым обнаружением с использованием ПЗС (также называемого устройством электронной бомбардировки с зарядовой связью EBCCD), либо косвенно с помощью люминофора и ПЗС.
ICCD может достигать короткого времени экспозиции за счет использования импульсного напряжения затвора между фотокатодом и МКП. Путем приложения небольшого положительного напряжения электроны, высвобождаемые фотокатодом, могут быть подавлены и, следовательно, не обнаружены. При переключении напряжения на отрицательное напряжение электроны с фотокатода ускоряются через зазор к MCP, где они могут быть усилены и обнаружены. Таким образом, подавая подходящий короткий импульс напряжения, усилитель можно эффективно включать и выключать с субнаносекундными интервалами.Камеры ICCD находят применение в приложениях, где требуется короткое время экспозиции или стробирование, например, в LIB или исследованиях горения.
Выбор камеры
ПЗС-камеры
— это камера, которую выбирают для большинства научных приложений, требующих чувствительности или динамического диапазона. Огромный диапазон вариантов ПЗС-сенсоров дает возможность выбрать сенсор с лучшими общими характеристиками для различных приложений, от астрономии до спектроскопии. Технология CCD является относительно зрелой, в то время как технология CMOS все еще нуждается в серьезном развитии, чтобы конкурировать с CCD в научных приложениях.
Камера EMCCD лучше всего работает в приложениях, когда требуется высокая чувствительность в сочетании с высокой скоростью, например, в флуоресцентной микроскопии или сверхбыстрой спектроскопии. EMCCD — относительно новая технология, и в настоящее время существует довольно ограниченный диапазон доступных форматов датчиков. Ожидается, что в ближайшие годы эти датчики будут становиться все быстрее по мере появления все большего числа доступных форматов. Гибридные датчики, сочетающие в себе технологии CCD и CMOS, потенциально могут обеспечить производительность, превосходящую характеристики массовых детекторов CCD или CMOS.Они выглядят лучше в долгосрочной перспективе, но все еще требуется значительный объем разработки, прежде чем они станут коммерчески жизнеспособными. В частности, для преодоления проблем, связанных с компенсацией вариации нескольких усилителей.
Многие принципы, применимые к ПЗС-матрицам, также применимы к другим форматам камер. В следующем разделе мы рассмотрим характеристики CCD, а затем более подробно рассмотрим EMCCD и ICCD в следующих разделах и подчеркнем, чем отличаются их характеристики.
Камеры CCD
| Обсерватория национальных школ
Типичный ПЗС-чип
Предоставлено: пользователь Викимедиа ПЗС-камеры Sphl
— очень чувствительные цифровые фотоаппараты. Они построены на основе C harge- C дополнительного устройства D (или CCD), которое может обнаруживать фотоны (пакеты света), падающие в миллионы крошечных ведер (или пикселей) на его поверхности, а затем манипулировать ими таким образом. что они могут быть прочитаны, сохранены и использованы для восстановления изображения, на которое смотрела камера
Другими словами, они могут создавать цифровые изображения.Эти цифровые изображения затем можно легко передавать по всему миру через Интернет и обрабатывать с помощью специального программного обеспечения для обработки астрономических данных.
Электронные микросхемы в камерах CCD очень похожи на микросхемы видеокамер и небольших цифровых фотоаппаратов. Однако, чтобы сделать их более чувствительными, их нужно хранить очень холодными — обычно ниже -100 ° C!
ПЗС-камеры
измеряют только яркость объекта, а не его цвет (поэтому любое одноцветное изображение с Ливерпульского телескопа является черно-белым, а интенсивность света затем окрашивается!), Поэтому для этого используются специальные цветные фильтры. различать отдельные цвета e.г. R, V, B, H-альфа.
В астрономии камеры CCD предпочтительнее камер, которые имеют другие типы датчиков изображения, поскольку метод, в котором они преобразуют фотоны в электрический сигнал, является особенным, так что он создает высококачественные изображения с низким уровнем шума (a высокое отношение сигнал / шум ). Это чрезвычайно важно в астрономии, так как астрономы хотят как можно больше искоренить любой источник шума, чтобы точно анализировать данные из наблюдаемого источника без каких-либо мешающих сигналов от объектов, которые не являются наблюдаемым объектом (хотя и избавляются от них). шум полностью — невыполнимая задача).В этом смысле они предпочтительнее камер CMOS (комплементарный металл-оксидный полупроводник), поскольку они более пропорционально преобразуют фотоны в электрический сигнал, так что потеря данных незначительна. Отношение фотонно-электронного преобразования называется квантовой эффективностью.
ПЗС-матрицы
также имеют тенденцию иметь больше пикселей на квадратный миллиметр в своей двумерной матрице захвата фотонов (то есть при той же площади на КМОП и ПЗС матрице ПЗС будет больше пикселей, способных улавливать фотоны). Заряд (фотоны) из каждой ячейки затем систематически уносится в усилитель заряда — устройство, которое превращает заряд в напряжение и, таким образом, воспроизводит электрический сигнал изображения, захваченного сеткой ПЗС.
Чтобы представить себе процесс более легкого считывания ПЗС-матрицы, посмотрите на приведенный ниже пример с ведрами с водой:
Изображение предоставлено: Филлип Ходж.
Таким образом, пиксели не считываются все одновременно, поскольку наличие устройства для этого за каждым пикселем было бы не очень затратным или ресурсоэффективным. Фактически ПЗС сдвигает заряд с каждого пикселя вдоль одной строки, а затем считывает одну строку, отправляя информацию о заряде в регистр считывания .Затем это повторяется для каждой строки, и изображение, которое мы видим на экране после этого, представляет собой цифровую реконструкцию с нанесенной схемой.
.
Ccd камера: Видеокамера CCD, CCD матрица

Видеокамера CCD, CCD матрица

CCD или CMOS? Что лучше?

Эволюция CCD

CCD: уникальная чувствительность

CMOS: достоинства и недостатки

CMOS: улучшение чувствительности

Полноценная конкуренция

Чура Н.И.Технический консультант ООО «Система СБ» и ООО «Микровидео /Группа».

AddPac VP150 — видеотелефон, экран 4,3″, CCD-камера

CCD камера EVI-D100P

Тихая в работе:

40х-кратный коэффициент масштабирования (10х-кратный Оптический + 4х-кратный Цифровой)

Встроенный объектив с преобразованием для Широкого Угла Обзора (65 градусов):

Высокоскоростная головка с широким диапазоном панорамирования/масштабирования.

Полностью контролируется дистанционно через RS-232C (VISCA).

Многофункциональный пульт ДУ Remote Commander®.

Функция Авто Отключение.

Шесть предварительно установленных позиций с помощью резервной батареи:

Различные эффекты изображения:

Великолепный дизайн качества Sony.

Аналоговая камера CCD Color Camera

Сравнение CMOS И CCD в Видеонаблюдение —

ccd camera — Russian translation – Linguee

: что это и как работает

Введение в устройства с зарядовой связью (ПЗС)

Форматы ПЗС

Считывание фотоэлектронов ПЗС-матрицы

Архитектура датчика изображения CCD

Характеристики изображения детектора CCD

Источники шума ПЗС-камеры

Пространственное и временное разрешение в датчиках изображения CCD

Датчик изображения Quantum Efficiency

Динамический диапазон

Цветные датчики изображения CCD

Лучшие камеры CCD для астрофотографии

Выбор камеры CCD для астрофотографии

Лучшие камеры CCD для астрофотографии

1. ZWO Optical ASI120MC Color CMOS camera

2. ZWO Optical ASI183MC Pro Cooled Color CMOS camera

3. Цветная окулярная USB-камера Orion Starshoot II

4. Celestron Neximage Solarsystem Imager

5. ZWO ASI290MM CMOS-камера

6. Альтаир Hypercam IMX174 Монофоническая камера USB3

7. QHY 8L охлаждаемая цветная ПЗС-камера

8. Монохромная ПЗС-камера ATIK 383L +

Также рассмотрите …

9. Canon EOS Ra

10. Sony A7S Mark III

11. Canon EOS Rebel T100 / Canon EOS 4000D

Камеры TIGER

Версия повышенной прочности

Промышленная версия

Камеры BOBCAT и Tiger

Найдите CCD-камеру, которая подойдет именно вам

Селектор камеры

Tiger ** ВСЕ ВКЛЮЧЕННЫЕ Датчики Semi KAI с истекшим сроком службы, доступность ограничена. Датчики Sony ICX будут доступны до 2025 года.

Bobcat ** ВСЕ ВКЛЮЧЕННЫЕ Датчики Semi KAI имеют срок эксплуатации и ограничены.Датчики Sony ICX будут доступны до 2025 года.

ПЗС-камеры для различных отраслей

IMPERX: мировой производитель и поставщик камер CCD

Выбор камеры CCD для спектроскопических приложений

Какие соображения по управляющей электронике необходимо учитывать при выборе камеры?

Фотоны, электроны и счетчики

CCD, EMCCD или sCMOS, какая камера лучше всего подходит для моих исследований? — Oxford Instruments

Выбор камеры

| Обсерватория национальных школ

Добавить комментарий Отменить ответ