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标题: 数字摄像头CCD的一些知识
anlai
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数字摄像头CCD的一些知识
CCD(电荷耦合器)摄像头基本知识
现在科学级的摄像头比前几年更尖端,应用领域也更广了。在生物科学领域,从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统,都用到了CCD的摄像头。下面对CCD的一些常见指标进行表述。
1、什么是数字摄像头
所有CCD芯片都属于模拟的设备。当图像进入计算机是数字的。如果信号在摄像头、采集卡两部分完成数字化的,这个CCD被认为是模拟CCD。数字摄像头事实上是由内置于摄像头的数字化设备完成数字化过程,这样可以减少图像噪音。与模拟摄像头相比,数字摄像头提高了摄像头的信噪比、增加摄像头的动态范围、最大化图像灰度范围。科学级的绝大多数的CCD芯片都是由Kodak、Sony、SIT制造。
2、评价CCD的基本指标
像素值、信躁比、冷却温度等
a、信噪比SNR真实体现摄像头的检测能力。所有的CCD摄像头的厂家为提高摄像头的性能,都尽力使信号(可达到满井电子的数目)最大同时尽可能减少噪音。
SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit数
在相同满井电子的CCD,降低CCD噪音,就能提高CCD的监测能力,热或者暗电流对于CCD都是噪音,噪音在Cool CCD基本都可以被深度致冷的Peltier消除。在曝光超过5-10秒,CCD芯片就会发热,没有致冷设备的芯片,“热”或者白的像素点就会遮盖图像,图像到处可见雪花。-20度的摄像头可以拍摄高达5分钟的图像,-40度的摄像头拍摄时间可以超过1小时。
CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。通过改善结构、优化方法,同样能减少噪音的产生。
典型的真16bit的摄像头(能检测65536级灰度)都有很大的像素点(16-30um)。然而这些摄像头非常贵,同时图像数据很大,传输速度很慢。在基因组和蛋白组研究中,16bit的摄像头在捕获DNA和蛋白图像上不太实用,一般用于深度太空的专业天文学研究。真实的16bit的CCD,24um*24um的像素点,1”大小只能有50万像素点。
B、像素面积
这个指标是在芯片的一个重要指标。像素面积越大、对光越灵敏。因为像素点面积有更多电子,能产生更多信号。在1/2”、2/3”、1”的芯片上,像素点越大,像素越少。会影响空间分辨率。大像素点增加灵敏度、小的像素点增加分辨率。
要提高影像质量就必须增加CCD的像素,因此在CCD尺寸一定的情况下,增加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。我们知道单位像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大分辨率,所以,如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量的恶化。但如果在增加CCD像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大CCD的总面积。而目前更大尺寸CCD加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来,这一矛盾对于CCD而言是难以克服的
相同数目的像素,排列越密集,像素之间就越容易出现电流干扰,容易出现“噪点”等干扰成像质量的现象出现。所以尺寸越大越好,当然成本也会随之提高——并且不是成比例提高,而是以几何级数向上提

8bit-CCD可以达到30帧/每秒,基本可以认为是同步的。不论模拟或数字的CCD,超过15帧可以接受。



[此贴子已经被作者于2004-5-13 16:20:28编辑过]


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2003-12-2 9:31:00
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stevenjiang
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在凝胶成像等仪器上如果用数码相机的话
会导致电子丢失、损耗等
使得不能完全捕捉到信号
对结果的分析不是很准确!

人世浮浮沉沉,宛如云烟
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2003-12-2 13:50:00
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YANGYANG
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像 素( 转载),背景知识,谨供各位参考


  像素通俗地理解就是构成图像的基础材料,法国有个画派叫点彩派,是在画布上点出几百万个很小的油彩色点的方法来组成画的,当你站在一定距离看点彩派的油画时,这些色点混合起来形成一幅无缝的画;数字图像与点画派的原理是一样的,只不过代替小画点的是一个个称为像素(pixel)的颜色小方块。

   像素是图元(picture element)的缩写,如果你身边有计算机,只要把屏幕上的图像一步步放大,你就可以看到这些小方块棗像素。缩小该图像,就像你在一定距离看点彩派的画一样,这些像素看起来就好象合并在一起,让你看到一幅无缝的多彩画面。

  了解了每幅图像都由像素构成这个要领,我们就可以用像素面积(pixels dimensions)来表达一幅图像中的像素数棗即图像宽的像素数乘以图像高的像素数,如640×480表示一幅宽为640像素,高为480像素的图像,一般而言,图像的像素面积越大,图像的显示尺寸或打印尺寸也越大,图像的文件也越大。但这还要取决于其他设置,如显示器打印机的分辨率、图像的存储格式,还有CCD的色彩深度等。但在相同条件下图像的像素面积可代表图像的大小。

注:

  图像最小构成单元的表示方法还有如点、像点、线等,其中点与像素是最容易混肴的,两者即有区别也有联系:

  像素:是数字相机或扫描仪可以分辨的最小的点,也是显示器能显示的最小的点。它是度量数字图像的基本单位。人们谈到扫描仪时,经常把像素和点搞混。他们说“我的扫描仪每英寸可以扫描600个点(600dots?/FONT>per?/FONT>inch)实际上600dpi的扫描仪是每英寸可以扫描600个像素,600PPI,也就是说它在扫描仪的宽度方向上每英寸有600个感光元件。在显示器上,像素是显示卡和显示器可以画出的最小的点。这些点生来就是不平等的,因为设备可以轻松地制造大量的像素,而且并不是说像素越多越好。差劲的东西再多也不能变成好东西。像素的质量是由制造它的系统决定。

  点: 是打印系统或打印介质所能重现的最小的单位。当它被用来形容打印设备的可寻址性(即通常所谓的分辨率)的时候,被用在“每英寸点数”(DPI)上。不同的设备点的大小也不相同,这些设备的纸张和片基也对点的大小有影响。点与像素是有区别的,打印机可以用多个点来打印一个像素。
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2003-12-31 10:28:00
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anlai
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jerry兄,太感谢了。新年快乐

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2003-12-31 20:27:00
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hdlsd
美女呀,离线,留言给我吧!
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我怎么还是一头雾水啊??

你想要别人怎么对待你,你就要怎么对待别人。
有需要过滤器,过滤膜,电泳设备,纯水机,移液器还有培养耗材的找我吧,呵呵。我在广州哦。
联系人:徐小姐
电话:020-85541889    13711365144
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2004-1-1 12:42:00
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stevenjiang
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最近我也对光电转换、光波、能量等物理知识进行进一步的了解
做的时间久了
发现仅有生物学知识对于好销售来说是不够的
所以还得下功夫去学习!

人世浮浮沉沉,宛如云烟
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2004-1-2 12:59:00
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YANGYANG
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仪器本身就是和光,电结合的,研制机器的人反倒是可能不懂生物学的。数码相机本身的应用就很多,关键看你用在什么地方。宏观,微观,荧光,紫外,红外,还有速度(高,超高速)等。
希望多些这样的帖子。
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2004-1-2 13:12:00
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stevenjiang
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同行业内相互探讨和交流
有利于进步
拓展知识面!

人世浮浮沉沉,宛如云烟
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2004-1-2 14:28:00
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anlai
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相同数目的像素,排列越密集,像素之间就越容易出现电流干扰,容易出现“噪点”等干扰成像质量的现象出现。所以尺寸越大越好,当然成本也会随之提高——并且不是成比例提高,而是以几何级数向上提

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2004-1-8 16:52:00
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16 Bit摄像头
典型的真16bit的摄像头(能检测65536级灰度)都有很大的像素点(16-30um)。然而这些摄像头非常贵,同时图像数据很大,传输速度很慢。在基因组和蛋白组研究中,16bit的摄像头在捕获DNA和蛋白图像上不太实用,一般用于深度太空的专业天文学研究。真实的16bit的CCD,24um*24um的像素点,1”大小只能有50万像素点。

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