• 数字图像的基本属性

    数字图像的基本属性

    成像技术 2019年8月20日

    用相机,望远镜,显微镜或其他类型的光学仪器拍摄的自然图像显示出一系列连续变化的阴影和色调。用胶片制作的照片,或用视频摄像管产生的视频图像,是所有可能图像的子集,并且包含从暗到亮的各种强度的光谱,以及可以包括几乎任何可想象的色调和颜色的光谱,饱和度水平。这种类型的图像称为连续色调,因为各种色调的阴影和色相融合在一起而不会中断,以忠实再现原始场景。 连续色调图像是由模拟光学和电子设备产生的,它们可以通…

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  • 电荷耦合器件(CCD)剖析

    电荷耦合器件(CCD)剖析

    成像技术 2019年8月20日

    电荷耦合器件(CCD)是基于硅的集成电路,由密集的光电二极管矩阵组成,该矩阵通过将光子形式的光能转换为电荷来工作。由光子与硅原子相互作用产生的电子存储在势阱中,随后可以通过寄存器在芯片上传输并输出到放大器。图1所示的示意图显示了组成典型CCD解剖结构的各种组件。 CCD是贝尔实验室的研究科学家于1960年代后期发明的,他们最初将这种想法设想为一种新型的计算机存储电路。后来的研究表明,该设备由于具有…

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  • 像素合并Pixel Binning

    像素合并Pixel Binning

    成像技术 2019年8月20日

    像素合并是一种时钟方案,用于合并几个相邻CCD像素收集的电荷,旨在降低噪声并提高数字相机的信噪比和帧率。合并过程由片上CCD时钟定时电路执行,该电路在放大CCD模拟信号之前先控制串行和并行移位寄存器。 为了帮助说明像素合并过程,请参考图1,其中回顾了2 x 2合并的示例。图1(a)给出了一个4 x 4并行移位寄存器像素阵列的示意图,以及一个四门串行移位寄存器和求和像素或阱(也称为输出节点)。发光的…

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  • CCD饱和和光晕CCD Saturation and Blooming

    CCD饱和和光晕CCD Saturation and Blooming

    成像技术 2019年8月20日

    在达到单个光电二极管的有限电荷容量或CCD的最大电荷转移容量的条件下,所有电荷耦合器件(CCD)图像传感器中都会发生饱和和光晕现象。一旦在电荷收集点出现饱和,其他光生电荷的积累就会导致多余的电子漫出或溢出到相邻的器件结构中。传感器输出中可能会反映出许多潜在的不希望的光晕效果,包括白色图像条纹和错误的像素信号值(如图1所示),直到输出放大级完全击穿,从而生成一副黑图像。 图像传感器的电荷容量可能受单…

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  • 动态范围Dynamic Range

    动态范围Dynamic Range

    成像技术 2019年8月20日

    电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的动态范围通常指定最大可达到的信号除以相机噪声,其中信号强度由满阱容量决定,噪声是暗噪声和读取噪声的总和。随着器件动态范围的增加,定量测量图像中最暗强度(场景内性能)的能力也得到了提高。场景间动态范围表示当针对不同的视场调整探测器增益,积分时间,透镜光圈和其他变量时可以适应的强度光谱。  光电二极管的大小部分决定了耗尽阱的…

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  • 量子效率Quantum Efficiency

    量子效率Quantum Efficiency

    成像技术 2019年8月20日

    电荷耦合器件(CCD)的量子效率是光伏响应的特性,其定义为该器件为每个入射光子生产并成功读取的电子-空穴对的数量。该特性对于低光成像的应用诸如荧光显微尤为重要。在该应用中,发射光子波长通常在375-550纳米范围内,并且在硅中具有相对较高的吸收系数。标准CCD通过栅电极和氧化物涂层在设备的正面照亮,它对550到900纳米之间的绿色和红色波长更敏感。 CCD的光谱灵敏度不同于简单的硅光电二极管探测器…

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  • CCD噪声源和信噪比CCD Noise Sources and Signal-to-Noise Ratio

    CCD噪声源和信噪比CCD Noise Sources and Signal-to-Noise Ratio

    成像技术 2019年8月20日

    在科学成像应用中,例如天文学和光学显微镜,电荷耦合器件(CCD)传感器比照相胶片具有许多优势。通过直接产生适用于即时计算机处理的数字格式图像,基于CCD的图像捕获系统非常适合各种当前的显微镜和图像分析方法。特别地,在低光技术中,与胶片相比,此类传感器的灵敏度要高得多,对于这些技术,每个可用信号光子都可能很重要。所有电子图像传感器固有的噪声源多种多样,因此在CCD系统的设计和操作中都必须仔细控制噪声…

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  • 电荷耦合器件CCD的线性度Charge-Coupled Device (CCD) Linearity

    电荷耦合器件CCD的线性度Charge-Coupled Device (CCD) Linearity

    成像技术 2019年8月20日

    科学成像系统的一个重要特征是响应入射光的线性度,特别是在用于定量光度分析时。在采用电荷耦合器件(CCD)传感器的数字相机系统中,CCD的基本功能是将承载图像信息的光子转换为电子信号。在数字化之后,理想情况下,信号输出应与入射在传感器上的光量成线性比例。 入射在传感器上的光子数量和数字输出相关的传递函数由多阶段过程确定,该过程首先在有源像素区域中创建和转移载流子(电子-空穴对),然后转换为电子从电荷…

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  • 行间转移CCD架构Interline Transfer CCD Architecture

    行间转移CCD架构Interline Transfer CCD Architecture

    成像技术 2019年8月20日

    行间电荷耦合器件架构旨在弥补帧转移CCD的许多缺点。 这些器件由混合结构组成,将单独的光电二极管和相关的并行读出CCD存储区域合并到每个像素元素中。 这两个区域的功能由放置在光屏蔽并行读出CCD元件上方的金属掩模结构隔离。 像素的光屏蔽区域在光电二极管元件旁边,以交替平行阵列的方式横穿CCD垂直轴的长度。阵列中的光电二极管包括像平面,收集由相机或显微镜镜头投射到CCD表面的入射光子。在图像数据已被…

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  • 数字相机的读出和帧率Digital Camera Readout and Frame Rates

    数字相机的读出和帧率Digital Camera Readout and Frame Rates

    成像技术 2019年8月18日

    近来在宽场荧光和共聚焦显微镜中的成像应用越来越集中在记录快速瞬态动态过程的苛刻要求上,这些瞬态动态过程可能与非常小的光子信号有关,并且通常只能在活细胞或组织中进行研究。生产高度特异性的荧光标记物和抗体的技术进步,以及相机,激光和计算机硬件的显著进步,为许多领域的许多突破性研究成就做出了贡献。随着通常采用低噪声冷却电荷耦合器件(CCD)检测器的高性能相机系统变得越来越能够以视频速率甚至更高的速度捕获…

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