灵敏度 动态范围和信噪比 CCD相机性能评估 (灵敏度动态范围)

灵敏度

CCD 将光能转换成电荷的效率(又称光注入电荷能力)取决于多个因素。光注入电荷 `Qin` 为: Qin = kANoet1 其中: `A` 为光敏单元的受光面积 `Noet` 与入射光的光谱和光强有关 `k` 和 `t1` 与 CCD 的晶片尺寸和结构有关 在 `k` 和 `t1` 确定后,光注入的电荷就只和 `Noet` 成正比了,也就是说和投影到光敏像元上的光强度和光照的累积时间成正比。CCD 设计中的电子快门提供了控制累积时间的基础。 摄像头的灵敏度和动态范围一样,与噪音有关。假设噪音的方差 `σ` 等效于 100 个光电子,那么为了保证从噪音中检出信号,信号至少应大于 `3σ` 才能较稳定地被检出,也就是最小可检出信号,即灵敏度应为 `300e-`。CCD 图像传感器芯片的灵敏度已几乎能达到 1e-。

动态范围

摄像头的说明书中经常见到两个与动态范围有关的重要参数:过程中产生的电荷的随机变化 暗电流:在无光照的情况下,由于热激发而产生的电子随机运动

CCD 外围电路中的噪音:

A/D 等内部电压的随机起伏变化 它们相互间的信号连接线,甚至于电源受外部干扰而产生的噪音 在这里我们顺便提一下,即使是用同一种 CCD 芯片,不同厂家生产出来的 CCD 摄像头,由于其所采用外围芯片的差异、电路设计和布局等因素,摄像头最终的输出视频信号中的噪音大小也会有较大的差异。 5-1 节所述,把两个动态范围的概念结合起来,就是信号和噪音之比,取决于势阱容量的视频的最大不饱和电压和各种噪音之和的均方差的比例。

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