数码相机基础-数码相机概述:CCD, EMCCD, sCMOS和iCCD。

数码相机技术背后的原理

在过去的几年里，光测量已经从依赖传统的基于乳化的胶片显微摄影发展到电子图像是选择的媒体。成像记录装置是许多实验中最关键的部件之一，因此了解如何记录光图像的过程和可用的选择可以提高光测量数据的质量。在本指南中，我们的目标是提供光检测的基础知识，并帮助选择适合特定应用的检测器。bob综合app官网登录高性能数码相机可以由许多变量来定义。这些变量将在后面的章节中详细讨论，但为了方便起见，这里只提供一个简单的描述。

科学数码相机有4种主要类型基于他们使用的传感器技术，这些是;CCD, EMCCD, CMOS和ICCD相机。不同的相机及其不同的架构都有固有的优点和缺点，这些都将被深入讨论。

最常见的科学相机电荷耦合装置相机(CCD)有三种基本架构，它们是全帧、帧传输和线间格式。本文还深入讨论了不同的体系结构及其固有的优点和缺点。

相机的光谱响应是指检测到的信号响应作为光波长的函数。这个参数通常用量子效率(以下在本文档中称为QE)来表示，它是探测器产生电子电荷的能力占被检测到的入射光子总数的百分比的度量。

相机的灵敏度是可以检测到的最小光信号，按照惯例，我们将其等同于落在相机上的光电平，其产生的信号正好等于相机的噪声。因此，相机的噪音设定了相机灵敏度的最终限制。因此，数码相机经常使用其噪声数据进行比较，噪声主要来自各种来源:
读噪声:固有输出放大器噪声
暗噪:相机在无光情况下产生的热致噪声(可通过降低操作温度来降低)
射击噪声(光信号):由光子通量本身的随机性质引起的噪声

经常被忽视的是，光信号有其固有的噪声成分(也称为Shot noise)，它等于信号的平方根。另一个经常被忽视的噪声源是相机对光信号的响应所产生的多余噪声，这被称为噪声因子。

动态范围是在同一视场中可以同时检测到的最大和最小强度的度量。它通常计算为可累积的最大信号除以最小信号，而最小信号又等于与读取最小信号相关的噪声。它通常表示为将相关信号数字化所需的比特数或分贝刻度。

相机处理大信号的能力在某些应用中很重要。bob综合app官网登录当一个CCD相机饱和它这样做与一个特征的垂直条纹模式，称为盛开。在本节中，将解释这种影响以及如何进行补偿。

相机的信噪比(通常缩写为S/N或SNR)是入射光信号与各种固有或产生的噪声水平的比较测量，是一种信号变化的测量，表明可以估计信号大小的置信度。

数码相机具有有限的最小检测区域(通常称为像素)，这限制了相机的空间分辨率。然而，空间分辨率受到其他因素的影响，如透镜或成像系统的质量。极限空间分辨率通常由区分两个高对比度物体所需的最小分离来确定，例如黑色背景上的白点或线。对比度是分辨率的一个重要因素，因为高对比度物体(例如黑白线)比低对比度物体(例如相邻的灰色线)更容易分辨。相机的对比度和分辨率性能可以纳入一个单一的规格，称为调制传递函数(MTF)。

数码相机的帧率是记录和保存后续图像的最快速率。数码相机可以读出图像的子部分或bin像素一起以实现更快的读出速率，因此通常定义两个帧速率，即一个是全帧读出速率，另一个是可能的最快读出速率。

相机在某种程度上都表现出影响光信号再现的瑕疵。这是由于几个变量，即:
通过传感器获得变化
噪声的区域差异

EMCCD相机是一种相对较新的相机类型，可以在高帧率下进行高灵敏度测量。概述了这些摄像机的工作原理和性能。

增强CCD相机结合了图像增强器和CCD相机，本质上是低光相机。此外，图像增强器有有用的属性，允许相机有非常短的曝光时间。本节将概述这些摄像机的操作和属性。

在本节中，详细比较了CCD、EMCCD和ICCD相机，并强调了适合每种相机的应用。bob综合app官网登录