CCD（電荷耦合器）攝像頭基本知識(shí)
現(xiàn)在科學(xué)級(jí)的攝像頭比前幾年更，應(yīng)用領(lǐng)域也更廣了。在生物科學(xué)領(lǐng)域，從顯微鏡、分光光度計(jì)到膠文件、化學(xué)放光探測(cè)系統(tǒng)，都用到了CCD的攝像頭。下面對(duì)CCD的一些常見(jiàn)指標(biāo)進(jìn)行表述。
1、什么是數(shù)字?jǐn)z像頭
所有CCD芯片都屬于模擬的設(shè)備。當(dāng)圖像進(jìn)入計(jì)算機(jī)是數(shù)字的。如果信號(hào)在攝像頭、采集卡兩部分完成數(shù)字化的，這個(gè)CCD被認(rèn)為是模擬CCD。數(shù)字?jǐn)z像頭事實(shí)上是由內(nèi)置于攝像頭的數(shù)字化設(shè)備完成數(shù)字化過(guò)程，這樣可以減少圖像噪音。與模擬攝像頭相比，數(shù)字?jǐn)z像頭提高了攝像頭的信噪比、增加攝像頭的動(dòng)態(tài)范圍、zui大化圖像灰度范圍。科學(xué)級(jí)的絕大多數(shù)的CCD芯片都是由Kodak、Sony、SIT制造。
2、評(píng)價(jià)CCD的基本指標(biāo)
像素值、信躁比、冷卻溫度等
a、信噪比SNR真實(shí)體現(xiàn)攝像頭的檢測(cè)能力。所有的CCD攝像頭的為提高攝像頭的性能，都盡力使信號(hào)（可達(dá)到滿(mǎn)井電子的數(shù)目）zui大同時(shí)盡可能減少噪音。
SNR=滿(mǎn)井電子/噪音電子=動(dòng)態(tài)范圍=zui大灰階=2bit數(shù)
在相同滿(mǎn)井電子的CCD，降低CCD噪音，就能提高CCD的監(jiān)測(cè)能力，熱或者暗電流對(duì)于CCD都是噪音，噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。在曝光超過(guò)5-10秒，CCD芯片就會(huì)發(fā)熱，沒(méi)有致冷設(shè)備的芯片，“熱"或者白的像素點(diǎn)就會(huì)遮蓋圖像，圖像到處可見(jiàn)雪花。-20度的攝像頭可以拍攝高達(dá)5分鐘的圖像，-40度的攝像頭拍攝時(shí)間可以超過(guò)1小時(shí)。
CCD結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)字化的方法等都會(huì)影響噪音的產(chǎn)生。通過(guò)改善結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法，同樣能減少噪音的產(chǎn)生。
典型的真16bit的攝像頭（能檢測(cè)65536級(jí)灰度）都有很大的像素點(diǎn)（16-30um）。然而這些攝像頭非常貴，同時(shí)圖像數(shù)據(jù)很大，傳輸速度很慢。在基因組和蛋白組研究中，16bit的攝像頭在捕獲DNA和蛋白圖像上不太實(shí)用，一般用于深度太空的天文學(xué)研究。真實(shí)的16bit的CCD,24um＊24um的像素點(diǎn),1"大小只能有50萬(wàn)像素點(diǎn)。
B、像素面積
這個(gè)指標(biāo)是在芯片的一個(gè)重要指標(biāo)。像素面積越大、對(duì)光越靈敏。因?yàn)橄袼攸c(diǎn)面積有更多電子，能產(chǎn)生更多信號(hào)。在1/2"、2/3"、1"的芯片上，像素點(diǎn)越大，像素越少。會(huì)影響空間分辨率。大像素點(diǎn)增加靈敏度、小的像素點(diǎn)增加分辨率。
要提高影像質(zhì)量就必須增加CCD的像素，因此在CCD尺寸一定的情況下，增加像素就意味著要縮小了像素中的光電二管。我們知道單位像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動(dòng)態(tài)范圍越窄，因此這種方法不能無(wú)限制地增大分辨率，所以，如果不增加CCD面積而一味地提高分辨率，只會(huì)引起圖像質(zhì)量的惡化。但如果在增加CCD像素的同時(shí)想維持現(xiàn)有的圖像質(zhì)量，就必須在至少維持單位像素面積不減小的基礎(chǔ)上增大CCD的總面積。而目前更大尺寸CCD加工制造比較困難，成品率也比較低，因此成本也一直降不下來(lái)，這一矛盾對(duì)于CCD而言是難以克服的
相同數(shù)目的像素，排列越密集，像素之間就越容易出現(xiàn)電流干擾，容易出現(xiàn)“噪點(diǎn)"等干擾成像質(zhì)量的現(xiàn)象出現(xiàn)。所以尺寸越大越好，當(dāng)然成本也會(huì)隨之提高——并且不是成比例提高，而是以幾何級(jí)數(shù)向上提

8bit-CCD可以達(dá)到30幀/每秒，基本可以認(rèn)為是同步的。不論模擬或數(shù)字的CCD，超過(guò)15幀可以接受。

應(yīng)用差別有以下幾點(diǎn):
1.數(shù)字CCD 是電子藕荷元件其可以直接和電腦連接,并可以在圖象分析軟件中直接對(duì)CCD進(jìn)行
   控制拍攝.
2.拍攝動(dòng)態(tài)物體的過(guò)程CCD在拍攝時(shí)間及拍攝速度方面要優(yōu)于數(shù)碼相機(jī).
3.從操作過(guò)程來(lái)說(shuō)使用CCD比使用數(shù)碼相機(jī)要簡(jiǎn)便得多,所以一般只要經(jīng)費(fèi)較充足或研究級(jí)都是
  考慮CCD的.