关于CCD一些知识的介绍
ccd工作过程
现在CCD在不同场景下应用都非常丰富,从民用到科研的成像,以及光谱分析、哈特曼等等都是用到了CCD。这片文章就讲述一些关
于CCD的内容。
首先CCD工作流程分为几个步骤,当一个像素重置后,主要进行下面四个步骤
1. 光学曝光,每个像素将外界光转化为电子
2. 将电信号存储到寄存器中
3. 相机只能一次只能读取部分数据,剩下的部分需要经过转移后才能获取
4. 最后就是对数据进行读取
关于相机的具体过程,可以参考知乎上的一篇文章,里面有比较详细的介绍:
https://zhuanlan.zhihu.com/p/240675688?tt_from=weixin_moments
相机的工作模式
自由运行模式
连续运行是最快的一种工作方式,因为上述四个步骤是同时运行的,而且图像拍摄是连续拍摄的,所以这种方式可以运行在最高的速度。
触发模式
主要分为软件触发和硬件触发两种形式。可能会遇到触发信号频率远大于相机最大速率的问题,这种情况下很多仪器的处理方式都是忽
略掉那些过快的多余触发信号,有些设备还会记录下未执行触发信号的个数。
Standby
这种模式下相机停止工作的,仅仅是让电脑能够识别相机而已。
相机的一些基本知识
如果用于成像的目的,通常相机前会添加一组透镜组,有汇聚光束,提高能量利用率的作用。其次相机只能感受光束的强弱,不能辨别
颜色,因此需要在相机前添加一个RGB filter
Color filter(Bayer filter)
虽然一个像素前只添加了一个颜色的filter,但是实际上,通过周围3*3或者5*5个像素,通过计算,每个像素的RGB值都能得到。
Hot pixels
在生产过程中像素受到污染,或者像素到达他的寿命后,响应已经不在是线性的。而且这些像素点通常都是少数的,CCD相对于
cmos出现的个数更少一些。若要查找这些点,可以先将相机放在一个黑暗环境中,搜索图像中的最亮点,然后将他放在一个过渡曝
光的环境中,寻找图像中的最暗点。Hot pixels是正常的现象,通过软件是可以解决部分像素问题的。
shutter mode
曝光方式分为两种,一种是Global shutter,另一种是Rolling shutter。Global shutter指所有像素同时曝光,而Rolling shutter则是
从上到下分别曝光,他的优点是曝光时间更短,但是因为不是同时曝光的原因,因此当拍摄高速移动图像时,图像有可能会变形。
Multi Integration mode
当我们要拍摄一个快速移动的物体时,一种是以昂贵的价格购买高速相机,另一种方法就是可以采用这种模式,在同一副图像下进行多
次曝光。实际效果类似于下图所示,一次拍摄,多次曝光,一张图片记录下整个运动过程。
在Youtube上有一段相关视频:
https://www.youtube.com/watch?v=PXdfKQlHPl8
AOI
相机像素数量越多,那么导致相机处理时间以及数据传输时间越长。但是一个图像中真正感兴趣的区域只有一部分,设置感兴趣的区域
为AOI,让其他区域的像素不工作。设置感兴趣的区域的方法有几种,第一种设置只有一个AOI区域,这是常见的方法。第二种是设置
多个区域,但是他们这些区域的纵横坐标需要相同,相机会把这些图像合并为一副图像进行输出。
第三种是设置多个区域,区域的大小必须相同,但是增益、曝光时间等等可以不同,最终图像会按照顺序进行输出
Binning
将周围的几个像素合并为一个像素,虽然降低了图像的分辨率,但是提高的相机的速度,图像成像范围也没有发生变化。合并像素的方
法可以是相加,这种方法可以提高图像的亮度;还可以将几个像素取平均,取平均的方式通常是为了降低噪声。
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