3 CCD的主要性能指标
CCD摄像机常见性能和主要性能指标要点
要点字：监控监控摄像机摄像机 CCD摄像机监察器 CCD摄像机常有性能和主要性能指标（一）摄像机清楚度清楚度数是衡量摄像机好坏的一个重要参数，它指的是当摄像机摄入等间隔摆列的黑白相间条纹时，在监察器（应比摄像机的分辨率高）上可以看到的最多线数。
当超出这一线数时，屏幕上就只好看到灰蒙蒙的一片而不可以再辨出黑白相间的线条。
工业监察用摄像机的分辨率平时在 380~460 线之间，广播级摄像机的分辨率则可达到 700 线左右。
清楚度是由摄像器件像素多少决定的，明显摄像器件的像素越多，获取的图像越清楚，反之也然。
清楚度越高，说明摄像机品位越高，反之越低。
（二）摄像机最低照度最低照度是最低照度是当被摄光景的光明度低到必定程度而使摄像机输出的视频信号电平低到某一规定值时的光景光亮度值。
一般彩色摄像机的最低照度为 2～ 3LUX，照度的测定是以在必定的镜头光圈系数为前提，所以，不可以只看摄像机说明书中注明的最低照度，应按摄像机在同一光圈系数下其照度值的大小。
最低照度越小，摄像机品位越高。
相对于彩色摄像机而言，黑白摄像机因为没有色度办理而只对光辉的强弱（亮度）信号敏感，所以黑白摄像机的照度比彩色摄像机照度要低，一般可做到0.1LUX 在 F1.4 时，至于微光摄像机则更低。
有关光圈系数的知识请参阅镜头一节。
视频信号的标称值为 1Vp-p ，标准值为 0.7Vp-p ，最低照度时的视频信号值为 1/3 到 1/2 的标准植。
所以摄像机在最低照度时的图像，决不会“仿佛白天相同”。
别的，摄像机在最低照度时产生的图像清楚度，是用电视信号测试卡进行测式的，其黑白相间的条纹，要求黑色反射率近于 0%，白色反射率大于 89.9%。
而我们在现场观察时有时不具备这样的条件，比方：树叶和草地的反射率很低，反差很小，就不易获取清楚图像。
所以本质使用中间不可以以摄像机标称的最低照度作为衡量现场环境照度的标准。
（三）摄像机信噪比信噪比也是摄像机的一个重要的性能指标。
摄像机的性能指标
摄像机的性能指标更新日期:2009-10-24 14:58在常用的摄像机中，根据数据接口的不同，可分为常规摄像机和数字式摄像机，前者输出标准的AV和S端子信号，后者以USB和IEEE1394为通信标准。
1. 常规摄像机的主要性能指标（1）CCD尺寸（Image Sensor）由于生产工艺的不同，CCD所采用的原材料可接受的刻蚀精度也不同，厂家常用的CCD尺寸有1/4寸和1/3寸两种规格，近期出现了1/2.7寸和1/1.8寸规格。
（2）CCD有效像素（Effective Pixels）有效像素指CCD感光元件可受光信号、并转换成电信号的最大区域。
PAL制下的CCD一般有效像素为：752（H）×585（V）。
（3）水平扫描线（Horizontal Resolution）由于CCD元件的电信号采样是采用垂直和水平两方向交叉定位的方式来提取单点元素的RGB数值，所以水平和垂直扫描的精度直接影响着图像的精度。
人们常以水平扫描的线数来衡量镜头的精度等级，作为通信用的专业摄像机，该数值一般要求在450以上，目前市面上的产品以480线为主流。
（4）光学变焦倍数（Lens Zoom）目标物体的反射的光信号，需要经过光学镜头组，才能聚焦在CCD上，形成清晰的图像，光学镜头组所采用的玻璃透光性、滤光性是各厂家需要保证的根本要素。
此外，光学镜头组在超声波电机的带动下，能够实现的光学变焦倍数成为了一个面对用户最主要的指标。
常见的倍数有8x、10x和12x，某厂家推出来的产品，该参数可以达到22x。
（5）数字变焦倍数（Digital Zoom）数字变焦是采用软件差值计算的方式，将CCD形成的当前的图像进行局部取样，形成指定像素的信号。
数字变焦倍数的数值依赖于CCD的有效像素和内置DSP芯片的处理能力，各厂家一般都提供10x和12x两档常规指标。
（6）信号制式（Video Signal）信号制式一般有NTSC和PAL两种。
CCD常用知识总结
CCD 常用知识总结随着CCD的不断发展，尤其典型的是当微光CCD向低照度方向发展时，噪声已经成为阻碍CCD进一步发展的障碍。
噪声是CCD的一个重要参数，它是决定信噪比S/N （Singal/Noise）的重要因素，而同时信噪比又是各种数据参数中最重要的指标之一。
随着CCD器件向小型化、集成化的不断发展，CCD光敏元数的增加势必减小光敏元的面积，从而降低了CCD的输出饱和信号。
为扩大CCD的动态范围，就必须降低CCD的噪声（动态范围与噪声间的联系）。
CCD工作时，在输入结构、输出结构、信号电荷存储和转移过程中都会产生噪声。
噪声叠加在信号电荷上，形成对信号的干扰，降低了信号电荷包所代表的信息复原后的精度，并且限制了信号电荷包的最小值。
CCD图像传感器的输出信号是空间采样的离散模拟信号，其中夹杂着各种噪声和干扰。
CCD输出信号处理的目的是在不损失图像细节并保证在CCD 动态范围内，图像信号随目标亮度线形变化是尽可能消除这些噪声和干扰。
（选自《CCD降噪技术的研究》燕山大学工学硕士学位论文）CCD的发展现状CCD最初是1969年由美国贝尔实验室的两名科学家W.S.Boyle与G.E.Smith提出，1970年在贝尔实验室制造成功。
它一问世，就显示出灵敏度高、光谱响应范围大、操作容易、维护方便、成本低、易推广等一系列优点，因而受到人们的普遍重视，现已取代摄像管，成为一种最常见的图像传感器。
自CCD问世以来，特别是近几年来，一直为美、日、英、法、德、荷兰等工业发达国家所瞩目，其中美、日两国的研制与生产能力居于世界领先地位。
国外主要的CCD研制与生产单位有日本的电气、东芝、索尼、夏普、日立，美国德州仪器，荷兰飞利浦等。
二十年来，CCD向着高集成度、高灵敏度、高分辨率、宽光谱响应的方向迅速发展，不断完善。
目前国外已研制出了像素数目为9K×9K的CCD芯片，像素尺寸最小已达到2.4μm×2.4μm;像素数目为4K×4K的CCD芯片已达到商业化水平。
摄像机主要性能参数
摄像机基础培训（三）一、CCD彩色摄像机的主要技术指标或测量方法1、CCD彩色摄像机的主要技术指标（１）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。
一般来说，尺寸越大，包含的像素越多，清晰度就越高，性能也就越好。
在像素数目相同的条件下，尺寸越大，则显示的图像层次越丰富。
（２）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
（３）水平分辨率。
彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。
分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330-500线之间。
分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。
频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。
分辨率是水平线的数量乘上。
因此最高垂直分辨率为：NTSC ：525 X =393 条；PAL ：625 X = 470 条。
水平分辨率测量方法：a、检验(解析)图：将摄影机直接拍摄检验图，在监视器上直接读取垂直及水平分辨率。
当多个摄像机进行测试时，应使用相同镜头，（推荐使作定焦、二可变镜头），以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线共10组垂直线和10组水平线。
分别代表着垂直清晰度和水平清晰度，并给出相应的线数。
如垂直350线水平800线。
此时最好用高线的黑白监视器。
测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。
最好能两者兼用，可看出此摄像机的差异（对远近会聚）。
b、频宽测量：使用示波器测量摄影机读取图像讯号频宽, 测量出频宽再乘80就是摄影机的分辨率，如：测量出频宽为5 MHZ，则用5 X 80 =400 条。
CCD的类型指标和在图像运作的原理
CCD的类型指标和在图像运作的原理CCD 是60年代末期由贝尔试验室发明。
开始作为一种新型的PC存储电路，很快 CCD具有许多其他潜在的应用，包括信号和图像（硅的光敏性）处理。
CCD 是在薄的硅晶片上处理一系列不同的功能，在每一个硅晶片上分布几个相同的IC 等可产生功能的元件，被选择的IC从硅晶片上切下包装在载体里用在系统上。
总结下来，CCD 主要有以下几种类型：一、面阵CCD：允许拍摄者在任何快门速度下一次曝光拍摄移动物体。
二、线阵CCD：用一排像素扫描过图片，做三次曝光——分别对应于红、绿、蓝三色滤镜，正如名称所表示的，线性传感器是捕捉一维图像。
初期应用于广告界拍摄静态图像，线性阵列，处理高分辨率的图像时，受局限于非移动的连续光照的物体。
三、三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖 RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。
三线CCD传感器多用于高端数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。
字串7四、交织传输CCD：这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。
交织传输CCD通常用于低端数码相机、摄像机和拍摄动画的广播拍摄机。
五、全幅面CCD：此种CCD 具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD 允许即时拍摄全彩图片。
全幅面 CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。
全幅面CCD 曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。
图像投摄到作投影幕的并行阵列上。
此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。
这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。
此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕。
接着，系统进行精确的图像重组。
数码相机曝光的整个流程：1．机械快门打开，CCD曝光2．在CCD内部光信号转为电信号3．快门关闭，阻塞光线。
4．电量传送到CCD输出口转化为信号。
CCD资料
什么是ccd？在闭路监控系统中，摄像机又称摄像头或ccd（charge coupled device）即电荷耦合元器件。
严格来说，摄像机是摄像头和镜头的总称，而实际上，摄像头与镜头大部分是分开购买的，用户根据目标物体的大小和摄像头与物体的距离，通过计算得到镜头的焦距，所以每个用户需要的镜头都是依据实际情况而定的，不要以为摄像机（头）上已经有镜头。
摄像头的主要传感部件是ccd，它具有灵敏度高、畸变小、寿命长、抗震动、抗磁场、体积小、无残影等特点，ccd能够将光线变为电荷并可将电荷储存及转移，也可将储存之电荷取出使电压发生变化，因此是理想的摄象元件。
是代替摄像管传感器的新型器件。
摄物体的图像经过镜头聚焦至ccd芯片上，ccd根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下，逐点外移，经滤波、放大处理后，形成视频信号输出。
视频信号连接到监视器或电视机的视频输入端便可以看到与原始图像相同的视频图像。
这个标准的视频信号同家用的录像机、vcd机、家用摄像机的视频输出是一样的，所以也可以录像或接到电视机上观看。
第一章摄像机发展史第一节ccd发展简史ccd产品问世已有30多年，从当时的20万像素发展到目前的500-800万像素，无论其市场规模还是其应用面，都得到了巨大的发展，可以说是在平稳中逐步提高，特别是近几年来，在消费领域中的应用发展速度更快。
由于ccd的技术生产工艺复杂，目前业界只有索尼、飞利浦、柯达、松下、富士和夏普６家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商应是索尼，飞利浦和柯达，其中，在各厂商市占率方面，索尼以50％的市占率，成为市场领导厂商。
索尼从70年代研发ccd以来，即将其广泛运用在摄录放影机及广播电视等专业用摄影机等器材上，目前索尼的研发水平仍是领先于其它公司之上目前的ccd组件，每一个像素的面积和开发初期比较起来，己缩小到1/10以下。
今后在应用产品趋向小型化，高像素的要求下，单位面积将会更加的缩小。
CCD
1、HAD感测器
HAD(HOLE-ACCUMULATION DIODE)传感器是在N型基板，P型，N+2极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是 SONY独特的构造。由于设计了这层正孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在N型基 板上设计电子可通过的垂直型隧道，使得开口率提高，换句话说，也提高了感度。
背景介绍
背景介绍
CCD广泛应用在数码摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜和高速摄影技术，如Lucky imaging。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方 向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成 。
CCD在摄像机里是一个极其重要的部件，它起到将光线转换成电信号的作用，类似于人的眼睛，因此其性能 的好坏将直接影响到摄像机的性能。
衡量CCD好坏的指标很多，有像素数量，CCD尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及CCD尺寸是重要的指 标。像素数是指CCD上感光元件的数量。摄像机拍摄的画面可以理解为由很多个小的点组成，每个点就是一个像 素。显然，像素数越多，画面就会越清晰，如果CCD没有足够的像素的话，拍摄出来的画面的清晰度就会大受影 响，因此，理论上CCD的像素数量应该越多越好。
主要指标
CCD尺寸，亦即摄像机靶面。原多为1/2英寸，日前1/3英寸的已普及化，1/4英寸和1/5英寸也已商品化。
CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。CCD 是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。日前市场上大多以25万和38万像素为划 界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
CCD基本知识
CCD芯片就像人的视网膜，是摄像头的核心。
目前市场上大部分摄像头采用的是日本SONY、SHARP、松下、LG等公司生产的芯片，现在韩国也有能力生产，但质量就要稍逊一筹。
因为芯片生产时产生不同等级，各厂家获得途径不同等原因，造成CCD采集效果也大不相同。
在购买时，可以采取如下方法检测：接通电源，连接视频电缆到监视器，关闭镜头光圈，看图像全黑时是否有亮点，屏幕上雪花大不大，这些是检测CCD芯片最简单直接的方法，而且不需要其它专用仪器。
然后可以打开光圈，看一个静物，如果是彩色摄像头，最好摄取一个色彩鲜艳的物体，查看监视器上的图像是否偏色，扭曲，色彩或灰度是否平滑。
好的CCD可以很好的还原景物的色彩，使物体看起来清晰自然；而残次品的图像就会有偏色现象，即使面对一张白纸，图像也会显示蓝色或红色。
个别CCD由于生产车间的灰尘，CCD 靶面上会有杂质，在一般情况下，杂质不会影响图像，但在弱光或显微摄像时，细小的灰尘也会造成不良的后果，如果用于此类工作，一定要仔细挑选。
第二章摄像机的主要技术参数一、CCD尺寸即摄象机靶面。
目前采用的芯片大多数为1/3”和1/4”。
在购买摄像头时，特别是对摄像角度有比较严格要求的时候，CCD靶面的大小，CCD与镜头的配合情况将直接影响视场角的大小和图像的清晰度。
在相同的光学镜头下，成像尺寸越大，视场角越大。
1英寸——靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm，对角线16mm。
2 /3英寸——靶面尺寸为宽8.8mm*高6.6mm，对角线11mm。
1/2英寸——靶面尺寸为宽6.4mm*高4.8mm，对角线8mm。
1/3英寸——靶面尺寸为宽4.8mm*高3.6mm，对角线6mm。
1/4英寸——靶面尺寸为宽3.2m m*高2.4mm，对角线4mm。
二、CCD像素是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
CCD摄像机
1/2"CCD耙耙 耙
1/3"CCD耙耙 耙
1/4"CCD耙耙 耙
五 按扫描制式划分 PAL制与NTSC制 制与NTSC 中国采用隔行扫描PAL制式(黑白为CCIR),标准为 PAL制式 CCIR), PAL制与NTSC制. 中国采用隔行扫描PAL制式(黑白为CCIR),标准为 625行 50场 只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式.另外, 625行,50场,只有医疗或其它专业领域才用到一些非标准制式.另外,美 日本为NTSC制式,525行 60场 黑白为EIA NTSC制式 EIA). 国,日本为NTSC制式,525行,60场(黑白为EIA). 六 按供电电源划分 110VAC/60HZ NTSC制式多属此类 /60HZ( 制式多属此类), 220VAC/50HZ Or/60HZ, 110VAC/60HZ(NTSC制式多属此类), 220VAC/50HZ Or/60HZ, 24VAC/50HZ Or/60HZ.12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类) 24VAC/50HZ Or/60HZ.12VDC或9VDC(微型摄像机多属此类)
三,CCD 摄像机常见性能和主要性能指标
3.1 成像元件 这里指的就是CCD,主要区分为彩色 黑白 主要区分为彩色,黑白 及品牌. 这里指的就是 主要区分为彩色 黑白,1/3",1/4", 1/2"及品牌. 及品牌 尺寸: 尺寸 大小的差别主要在于灵敏度,也就是最低照度 也就是最低照度,1/4照度会比 差,原理很简单 照度会比1/3差 原理很简单 原理很简单: 大小的差别主要在于灵敏度 也就是最低照度 照度会比 光点,摆在 上的每一点一定比较小点,他的受光就较少 摆在1/4上的每一点一定比较小点 他的受光就较少,当然 相同数量的感 光点 摆在 上的每一点一定比较小点 他的受光就较少 当然 照度就较差,好处是便宜一些 还有体积较小,板子可以做小一些 好处是便宜一些,还有体积较小 板子可以做小一些. 照度就较差 好处是便宜一些 还有体积较小 板子可以做小一些 品牌: 品牌 以价位来说,从贵到便宜 从贵到便宜,分别是 这几种, 以价位来说 从贵到便宜 分别是 Sony, Panasonic,Sharp,A1(L.G)这几种 这几种 Sony 通常会标"Sony Super-HAD CCD"这是 通常会标" 这是Sony的注册商标 低照度会 的注册商标, 这是 的注册商标 标 "Sony Ex-View CCD" 在一般产品目录上常看到 " 1/3" SONY Super- HAD CCD" , Ex-view 也是索尼 也是索尼CCD注册的专有名词 照度比 注册的专有名词, 注册的专有名词 Super-HAD 更低 当然价格也贵多了. 更低,当然价格也贵多了 当然价格也贵多了.
CCD的主要性能指标1
一般将复位噪声和输出放大器噪声称为读出噪 声read，上式改写为：
r
Sndark
2 read
3－19
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噪声和信噪比 信噪比
通常计算CCD信噪比时，只考虑时域上的随机 噪声。因为空间分布的图形噪声是可以补偿的。 为了严格起见，我们还是将这样计算的信噪比标 注为SNRr，计算公式为：
参考资料: 1《光电技术》王庆有主编，电子工业出版社2019年
2 《CCD Arrays Cameras and Displays 》 By Gerald C. Holst SPIE
Press 2019
13
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暗电流和暗电流噪声
暗电流对CCD成像的影响：
1 降低了动态范围；
2 增加了CCD噪声。
暗电流噪声与其他热噪声一样，其概率密度分布为
Poisson分布。积分时间为tint时，暗电流电子数暗电流 噪声分别和为：
ndar k Detint
（3－10）
dark ndark D etint
（3－11） 14
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暗电流和暗电流噪声
90V/ms
75% 62% 47%
0.999998 10,000 300V 7
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量子效率QE和响应度R
可以用量子效率计算响应度，响应度的单 位是A/W或e/J/cm。2 计算公式如下：
RA
q
hc
A/W
（3－1）(2-4)
Re
Ap
hc
CCD像元尺寸为12 m x 12m， 300K 时暗电流密度 10 pA/cm2 ，求出该CCD在 -10°C (263K), -50°C (223K) 和 -100°C (173K)时的暗电流
相机参数
数码相机参数解释:数码相机的心脏——感光器件。
与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。
感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。
数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。
目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。
有效像素数英文名称为Effective Pixels。
与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。
最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。
光学变焦英文名称为Optical Zoom，数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。
数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。
数字变焦也称为数码变焦，英文名称为Digital Zoom，数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个象素面积增大，从而达到放大目的。
这种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大，不过程序在数码相机内进行，把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用"插值"处理手段做放大,将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。
显示屏：数码相机与传统相机最大的一个区别就是它拥有一个可以及时浏览图片的屏幕，称之为数码相机的显示屏，一般为液晶结构（LCD，全称为Liquid Crystal Display）。
镜头类型：数码相机的镜头由多片镜片组成，材质则分为玻璃与塑料两类。
如果数码相机镜头以玻璃为材料，很多用户及商家都说玻璃镜头透光率佳、投射图像更清晰。
不过目前许多测试报告都显示，玻璃的透镜并不一定比塑料材料能带来更清晰的图像，同时玻璃镜头也可能增加相机重量，因此选购时还是应该做多面向观察，不要拘泥在镜头材质问题上。
CCD 参数介绍
CCD 参数介绍CCD——光电隅合器件的英文缩写，很显然，这个概念来自于微电子技术领域，这是一种早期使用CdS光敏半导体材料制成的光电信号器件，它与早期的NP法和KIP法复印机所使用的感光鼓可谓同宗同源，三十年前，有谁曾想到小小的CCD会给光学带来如此惊人的变革？今天，CCD几乎成了数字光学时代的一个代名词，是一切数码光学产品的核心器件，基于CCD线阵与面阵和驱动电路组成的CCD器件将传统光学送入了今天的数字光学时代。
然而，严格意义地讲，CCD的发明和器件化与光学人没有多大关系，这让我想起激光器、彩色摄影，以及Adobe的图像处理软件的发明与出现都与光学人没多大关系，这些影响着现代光学仪器进程的技术都不是出自光学和光仪人自身的研究与创造，这一切，似乎足以让稍显刻板之气的光学人和号称工科“万精油”的光仪人汗颜。
值得一提的是，在电子技术的应用领域最终又把“CCD”这个名词搞乱了，微电子技术领域有两种加工工艺可以生产CCD器件，分别是毫安级的TTL工艺和微安级的CMOS工艺，不知是电子技术应用人员，还是安防领域，还是数码相机领域，竟把CMOS工艺生产的CCD 叫成了CMOS，于是乎，便有了将TTL工艺的CCD叫CCD，CMOS工艺的CCD叫CMOS的混乱局面，“CCD有两种，CCD和CMOS”、“CMOS不是CCD”、“CMOS与CCD同时起步”——听得头疼，这是外话。
言归正传，那么，是不是安装了CCD图像器件的显微镜就是数码显微镜？这又是一个颇为“爱昧”的问题，可以说是，“严格意义说”又不是，CCD的驱动电路有两种：模拟信号与数字信号（以输出信号方式区分），数字信号的可直接接入计算机，模拟信号的需要经图像采集卡进行A/D转换而接入计算机，换句话说，不管是模拟CCD，还是数字CCD，都可使显微镜成为数码显微镜，然而，低端的数字CCD性能很差，高端数字CCD价格十分昂贵，使用受到局限，模拟CCD则不同，由于安防类产品的广泛应用，大批量生产降低了它的造价和提升了它的性能，同时，图像采集卡（又名图像卡）提供着十分优秀的图像处理能力和支持软件二次开发的特点，模拟信号（AV），还可直接接入监视器和电视机进行显示，十分方便，数字信号的则不能，因此，以模拟CCD图像器件为核心的CCD显微镜被广泛应用。
CCD的主要性能指标_2
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噪声和信噪比
理想输出信号
光子霰粒噪声 暗电流噪声
复位噪声
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噪声和信噪比
放大器白噪声
放大器1/f噪声
量化噪声
23
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
噪声和信噪比
只考虑CCD芯片内 霰粒噪声 σshot 复位噪声 σreset 暗电流噪声 σdark 放大器噪声 σa
ndark = De × tint
（3－10） （3－11） 14
σ dark = ndark = De × tint
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暗电流和暗电流噪声
在不同暗电流 密度(nA/cm2) 下，暗电流(e/sec/pixel)与 温度(°C)的关 系曲线。
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量子效率QE和响应度R
遥感相机CCD靶面上辐照量的计算： 条件：无穷远面发光目标，发光目标为朗伯体，发 光强度与方向无关，辐出度为M0(W/m2)。 相机入瞳处辐亮度L为：
L0 = M 0 × τ a ÷ π (W / sr m 2 )
其中τa为大气透过率
温度 ℃ 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 暗电流密度 pA/ cm2 1136 276 55.8 9.02 1.11 9.58× 9.58×10－2 5.33× 5.33×10－3 1.66× 1.66×10－4 1℃百分数 1℃百分数 变化 6.6 7.7 8.9 10.2 11.9 14.1 17.0 20.9 加倍的 温度℃ 温度℃ 10. 8 9.5 8.4 7.2 6.2 5.3 4.4 3.6 17
CCD彩色摄像机性能指标对测试设备的要求
≤30% (2600～5000)K ¡ 3（单位¡ /度） ¡ 150Hz 在产品条件中规定(单位 W) 在产品条件中规定(单位 Lx) 行频 15625¡ 156.25Hz，场频 50¡ 0.5Hz 80%图像高度圆内不大于 1.0%～0.5%；`
注：表中有¡ *¡ 的项是视频的基本特性部分，有¡ △¡ 的项是彩色摄像机特有的基本特性。
+0.23¦ s -0.05¦ s
(8)亮度鉴别等级 (9)最低照度 (10)亮度信号不均匀性 (11)载漏△ (12)色同步信号的宽度* (13)各灰度级上的白平衡偏差△ (14)自动白平衡范围△ (15)同步锁相抖动△ (16)副载波频率稳定性* (17)功耗 (18)最高照度 (19)扫描频率精度 (20)图像几何位置失真
CCD 彩色摄像机性能指标对测试设备的要求
标准 A： 中华人民共和国电子行业标准¡ 《CCD 彩色单板应用电视摄像机总技术条件》 标准号 SJ/T 10202-91 标准 B： 中华人民共和国电子行业标准¡ 《CCD 彩色单板应用电视摄像机测量方法》 标准号 SJ/T 10203-91 标准中的内容 需要测试的基本参数 (1)亮度信号幅度 (2)同步信号幅度* 全 电 标准 A 5.1 视 信 号 (4)黑电平与 消隐电平差* (5) 色度信号△ 标准 A 5.2 标准 A 5.3 标准 A 5.4 标准 A 5.5 标准 A 5.6 标准 A 5.7 标准 A 5.8 标准 A 5.9 标准 A 5.10 标准 A 5.11 标准 A 5.12 标准 A 5.13 标准 B 5.4 标准 B 5.8 标准 B 5.9 (6)信杂比（S/N） (7)清晰度 (分辨力) 水平中心分辨力 垂直中心分辨力 幅 相 度 R、YL、CY 位 R、YL、CY (3)色同步信号幅度* 0.3V 参数要求 (0.7¡ 0.01)V 0.3V
摄像机主要性能参数
摄像机基础培训（三）一、CCD彩色摄像机的主要技术指标或测量方法1、CCD彩色摄像机的主要技术指标（１）CCD尺寸，亦即摄像机靶面。
一般来说，尺寸越大，包含的像素越多，清晰度就越高，性能也就越好。
在像素数目相同的条件下，尺寸越大，则显示的图像层次越丰富。
（２）CCD像素，是CCD的主要性能指标，它决定了显示图像的清晰程度，分辨率越高，图像细节的表现越好。
CCD是由面阵感光元素组成，每一个元素称为像素，像素越多，图像越清晰。
现在市场上大多以25万和38万像素为划界，38万像素以上者为高清晰度摄像机。
（３）水平分辨率。
彩色摄像机的典型分辨率是在320到500电视线之间，主要有330线、380线、420线、460线、500线等不同档次。
分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330-500线之间。
分辨率与CCD和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。
频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。
分辨率是水平线的数量乘上0.75。
因此最高垂直分辨率为：NTSC ：525 X 0.75 =393 条；PAL ：625 X 0.75 = 470 条。
水平分辨率测量方法：a、检验(解析)图：将摄影机直接拍摄检验图，在监视器上直接读取垂直及水平分辨率。
当多个摄像机进行测试时，应使用相同镜头，（推荐使作定焦、二可变镜头），以测试卡中心圆出现在监视器屏幕的左右边为准，清晰准确的数出已给的刻度线共10组垂直线和10组水平线。
分别代表着垂直清晰度和水平清晰度，并给出相应的线数。
如垂直350线水平800线。
此时最好用高线的黑白监视器。
测试时可在远景物聚焦，也可边测边聚焦。
最好能两者兼用，可看出此摄像机的差异（对远近会聚）。
b、频宽测量：使用示波器测量摄影机读取图像讯号频宽, 测量出频宽再乘80就是摄影机的分辨率，如：测量出频宽为5 MHZ，则用5 X 80 =400 条。
安防-摄像机CCD名词解释
安防-基础培训-摄像机 CCD名词解释CCD是电荷耦合器件(Charge Couple Device)的简称，是1969年由美国贝尔实验室首先开发出来的，它能够将摄入的光线转变为电荷并将其储存、转移，把成像的光信号转变为电信号输出，具有完成光电信号转换的功能，因此是理想的摄像元件。
衡量CCD摄像机性能的技术指标主要有以下几个方面：清晰度、灵敏度(也称最低照度)、信噪比。
2. 单片CCD和三片CCD摄像机内使用CCD的数目一般有单片CCD和三片CCD两种，专业级别的数字摄像机一般都具有三片CCD，RGB色彩分别由独立的CCD进行成像。
家用型的数字摄像机一般采用单片CCD，单片式摄像机只用一片CCD器件处理RGB三路信号，优点是价格比较低廉，不过与采用三片CCD的摄像机相比其色彩还原能力较差。
3. 有效像素有效像素和CCD有直接的关系，数字摄录机的总像素，是指整块CCD上所有像素的总数，这也是大部分人用以划分产品级别的标准。
其实在实际操作上，并非全部像素均会感光，因为其中边缘部分的像素会被遮盖，用以提供一个完全纯黑的信号，作为计算影像的根据，而余下的才是正式用以感应影像的像素，就是所谓的“有效像素”了。
4. 信噪比放大器的输出信号电压与同时输出的噪声电压之比，即为放大器的信号噪声比，简称为信噪比。
通常用英文字符S/N来表示， S表示摄像机在假设无噪声时的图像信号值，N表示摄像机本身产生的噪声值(比如热噪声)，二者之比即为信噪比,用分贝(dB)表示。
信噪比越高越好，信噪比越大，则表示混在信号里的杂波越少，视频质量就越高。
反之，就越差。
5. 采样频率及采样比视频亮度采样频率为13.5MHz,与D-1格式相同，而色度信号被处理为两个不同的色差信号（R-Y 和B-Y）。
分量的记录方式减少了色度的衰减，确保了彩色的还原。
R-Y和B-Y的采样频率是3.375MHz，是13.5MHz的1/4。
换句话说，为了保证最适宜的记录质量，DV使用的是4:2:0（PAL）数字分量记录系统。
单片CCD摄像机的主要性能指标
对于摄像机而言，它的主要性能指标有：分辨率、灵敏度、信噪比，彩色还原特性及自动功能等。
一、分辨率指的是当摄像机摄取等间隔排列的黑白相间条纹时，在监视器（应比摄像机的分辨率高）上能够看到的的最多线数，当超过这一线数时，屏幕上就不能分辨出黑白相间的条纹。
普解的分辨率一般为350TVL线（水平中心），高解的分辨率一般为480TVL（（水平中心）。
二、灵敏度它是反映摄像机光电转换性能高低的一个指标。
目前，监控系统所用CCD摄像机的灵敏度用最低照度来衡量，照度越低，表明灵敏度越高，光电转换性能越好。
目前一般彩色CCD摄像机的最低照度可以达到1Lux，黑白的一般可以达到0.1Lux,低照度的可以达到0.01Lux。
三、信噪比是指信号电压对于噪声电压的比值，通常用符号S/N来表示，单位为dB。
一般摄像机给出的信噪比值均是AGC（自动增益控制）关闭时的值，CCD摄像机信噪比的典型值一般为45~55dB，工程应用中要求≥40dB。
当在低照系统使用时，其信噪比不得低于25dB。
四、色彩还原度色彩还原度是指经过CCD摄像机摄取并通过处理后的目标色彩与物体真实色彩的差异程度。
色彩分为色调和饱和度，色调决定色彩的性质，饱和度决定色彩的浓淡。
我们图象对色彩评判标准是100-0-75-0彩条，需要说明的是色彩的还原度与景物的光照条件及光源的色温有着非常密切的关系。
当前的单片彩色CCD式，器件从理论上讲，它是不能完全真实地重现原物体的色彩。
五、白平衡白平衡（White Balance）是彩色摄像机的重要参数，它直接影响重现图像的彩色效果，当摄像机的白平衡不当时，重现图像就会出现偏色现象，特别是会使原本不带色彩的景物（如白色的墙壁）也着上了颜色。
通常把摄像机拍摄白色景物时输出的红、绿、蓝三基色信号电压VR=VG=VB的现象称为白平衡。
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量子效率QE和响应度R
在CCD工作的最后一步，将电子电荷转换 为电压，电荷转换因子CVF为：
Gq CVF = [ V / e− ] C
（3－3）
与前式联合可以得到电压输出的响应度R
R = CVF ×
λη A p
hc
[V / μ J / cm ] （3－4）
温度 ℃ 60 40 20 0 -20 -40 - 60 - 60 暗电流密度 pA/ cm2 1136 276 55.8 9.02 1.11 9.58×10－2 5.33×10－3 1.66×10－4 1℃百分数 变化 6.6 7.7 8.9 10.2 11.9 14.1 17.0 20.9 加倍的 温度℃ 10. 8 9.5 8.4 7.2 6.2 5.3 4.4 3.6
CCD的主要性能指标
地面像元分辨力 (MTF) 太阳高角 (信噪比) 地面覆盖 (视场角) 质量 (f，F)
CCD
光学系统
光机结构
热控系统
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CCD的主要性能指标
CCD的主要性能指标指的是对系统性能产 生主要影响的指标。 主要性能：量子效率QE（响应度R）、饱 和曝光量SEE、传递函数(MTFCCD )、噪声 n、暗电流等。 其它性能：像元尺寸、像元数、电荷转移 效率、响应非均匀性、环境适应能力等。 CCD应用对CCD性 能指标的要求
响应非均匀性 饱和输出电压 电荷转换因子 饱和信号电荷 饱和曝光量
PRNU Vsat CVF Ne,sat SE
3% 2.0 V
±6%Vos 3.0V 6μV/e-
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CCD的主要性能指标
参数 暗信号电压 暗电流 暗信号非均匀性 符号 VDRK Idark DSNU 1.0 mV 东芝 TCD1503 1.0 mV 0.02 pA/pixel 90μV/ms 柯达 KLI2113 e2v TH7834 100μV/ms
噪声和信噪比
热噪声
热噪声是白噪声； 电阻R上热噪声的均方根电压
σ VR = 4kTBR
k: 波尔茨曼常数，T:绝对温度，B:带宽
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噪声和信噪比
噪声等效带宽（NEB）
1 2 B = 2 ∫ A( f ) df A0 0
∞
1 1 B= × = 2 2πRC 4RC
π
σ aW =
4 kTBR
3－16
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噪声和信噪比
总随机噪声
总的随机噪声包括霰粒噪声、暗电流噪声、复位 噪声和输出放大器噪声；一般将复位噪声和输出 放大器噪声称为读出噪声σread。
2 2 2 2 2 σ r = σ shot + σ dark + σ reset + σ aW + σ af
-6 ⎤ ⎡ 0.6 × 10 −6 −7 6 R(0.6μm) = (6 ×10 ) × ⎢ × ( 7 . 87 × 10 ) × 0 . 8 = 11 . 4 × 10 − 25 ⎥ ⎢ ⎣1.99 × 10 ⎥ ⎦
计算结果单位为V/J/cm2 ，转换为V/μJ/cm2 ，结果为：
R(0.6 μm) = 11.4 V / μJ / cm 2
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CCD的主要性能指标
一个典型航天相机的主要性能要求
• • • • • • • • 轨道高度(H) 地面像元分辨力(GSD) 系统静态传递函数(MTFsys) 光谱波段(BW) 地面覆盖宽度 最小太阳高角(β)时信噪比(SNR) 相机质量(M) 相机功耗(P)
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噪声和信噪比
霰粒噪声（Shot Noise)
霰粒噪声是与入射光子数随机变化有关的噪声， 在给定时间内入射光子数服从帕松（Poisson)分 布，霰粒噪声的均方根值（以电子数计）
σ shot = S
3－14
S为信号电子数。 暗电流噪声（ndark为暗电流电子数）
σ dark = ndark
3－15
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复位噪声
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噪声和信噪比
放大器白噪声
放大器1/f噪声
量化噪声
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噪声和信噪比
只考虑CCD芯片内 • 霰粒噪声 σshot • 复位噪声 σreset • 暗电流噪声 σdark • 放大器噪声 σa
随机噪声
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Nyquist频率 CTF 对比传递函数 500nm 600nm 700nm 总转移效率 电荷转移效率 动态范围 随机噪声 CTE DR NDσ 2000 0.6 mV 92％ .99999 76 dB
75% 62% 47% 0.999998 10,000 300μV
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暗电流和暗电流噪声
在不同暗电 流密度下， 暗电流与温 度的关系曲 线。
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暗电流和暗电流噪声
为了将暗电流降 低一倍，工作温 度25°C时, 需 要将温度降低 8°C ； -50°C时, 需要 降低 4.8°C ； 而 -100°C 时，只需降低 2.9°C
≠
CCD生产厂家提供 的CCD性能指标
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CCD的主要性能指标
参数 灵敏度 符号 R 东芝 TCD1503 9 V/lx.s 柯达 KLI2113 50 V/μJ/cm2 @ 650nm 32 V/μJ/cm2@ 540nm 25 V/μJ/cm2@ 460nm 5% 2.0 11.5μV/e170k e0.22 lx.s 0.6 μJ/cm2 e2v TH7834 5 V/μJ/cm2
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暗电流和暗电流噪声
暗电流对CCD成像的影响： 1 2 降低了动态范围； 增加了CCD噪声。
暗电流噪声与其他热噪声一样，其概率密度分布为 Poisson分布。积分时间为tint时，暗电流电子数暗电流 噪声分别和为：
ndark = De × tint
σ dark = ndark = De × tint
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量子效率QE和响应度R
遥感相机CCD靶面上辐照量的计算： 条件：无穷远面发光目标，发光目标为朗伯体，发 光强度与方向无关，辐出度为M0(W/m2)。 相机入瞳处辐亮度L为：
L0 = M 0 × τ a ÷ π (W / sr ⋅ m )
2
（3－5）
其中τa为大气透过率
量子效率QE和响应度R
可以用量子效率计算响应度，响应度的单 位是A/W或 e − / μJ / cm 2 。计算公式如下：
qλη RA = hc
[A / W ]
（3－1）
Re =
λη Ap
hc
[e
−
/ μJ / cm 2 （3－2）
]
η 是量子效率， Ap 是像元 q 是电子电荷， 其中， 有效面积。 式中 μJ / cm 2 是CCD中常用的辐 2 J / m 照量单位。辐照量的基本单位是 。
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噪声和信噪比
σ reset = kTC / q
复位噪声
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噪声和信噪比
白噪声（White Noise)： 输出放大器电阻的热噪声
输出放大器噪声
σ aW
a
/ CVF 闪烁噪声（Flicker Noise) (1/f 噪声）σ af
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量子效率QE和响应度R
遥感相机CCD靶面辐照度 为：
E0 =
π
4
× L0 × τ optics / F
2
(W / m )
2
（3－6）
CCD靶面辐照量为：
H 0 = E0 × tint ( J / m )
2
（3－7）
式中τoptics为光学系统透过率，F为相对孔径，tint 为CCD积分时间。
3－17
2 σ r = S + ndark + kTC / q + 4kTBRa / CVF 2 + σ af 3－18
σ r = S + ndark + σ
2 read
3－19
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噪声和信噪比
信噪比
通常计算CCD信噪比时，只考虑时域上的随机 噪声。因为空间分布的图形噪声是可以补偿的。 为了严格起见，我们还是将这样计算的信噪比标 注为SNRr，计算公式为：
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CCD成像技术及其在遥感中的应用
第三章 CCD的主要性能指标
郝志航 电话 0431－86176968
2007年3月
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内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. CCD的主要性能指标 量子效率QE和响应度R 暗电流和暗电流噪声 噪声和信噪比 动态范围 实例说明 CCD性能指标测试标准 小结
2
η 是量子效率， Ap 是像元 q 是电子电荷， 其中， 有效面积，G为CCD片内放大倍数。
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量子效率QE和响应度R
举例
一个行间转移CCD器件的填充系数为50％,像元面积 是11.4μm×13.8μm,电荷转换因子CVF为6μV/е-。 如果量子效率η在0.6μm是 0.8 计算以V/μJ/cm2为 单位的响应度。As=7.87×10-7cm2。常数hc是 1.99×10－25 J-m/photo。将数值代入3-4：