CCD
From Celestia
CCD (en. Charge Coupled Device) - matryca złożona z wielu elementów światłoczułych, które pod wpływem padających na nią fotonów wytwarzają ładunki elektryczne, a te po wzmocnieniu przekształcane są na obraz. Fotony uderzają w matryce i powodują lokalne 'dziury elektronowe', które zbierane są w studni potencjału - pikselu. Po zakończeniu ekspozycji następuje odczyt: zczytywane są kolejno piksele z pierwszej kolumny, następnie przesuwane są wszystkie kolumny o jedną pozycję, tak żeby kolumna druga była już na miejscu pierwszej itd.
Wyróżniamy dwa rodzaje matryc CCD:
- grube, nazywane też po angielsku back-illuminated
- cienkie (ang. thin), albo front-illuminated
Ich angielskie nazwy odpowiadają szczegółom technicznym procesu rejestracji fotonów. Pierwsze powstały matryce grube. Fotony uderzają w kawałek krzemu, po jego drugiej stronie skonstruowane sa studnie potencjałów, zatrzymujące elektrony. Matryce cienkie maja piksele 'od przodu', dzięki czemu mogą być cieńsze, co z kolei prowadzi do większej czułości, ponieważ w grubym kawałku krzemu dziury elektronowe mają większą szansę się zrekombinować z przypadkowo napotkanymi elektronami.
Jak każde urządzenie elektroniczne, matryce CCD mają swoje szumy. Szum termiczny, pyłki na matrycy, szum odczyty, a także szum Poissonowski, wynikający ze statystyki. Szumu Poissonowskiego nie da się usunąć, można go natomiast oszacować -wynosi on pierwiastek z liczby zliczeń w danym pikselu.
Czasem nie cała matryca jest naświetlana podczas wykonywania ekspozycji. Może istnieć fragment nie naświetlany, ale odczytywany - zazwyczaj jest to kilkadziesiąt ostatnich kolumn (np. 50). Są one odczytywane i zapisywane na obrazku, a ponieważ wiemy, że nie docierały do nich fotony, możemy usunąć ze zdjęć tzw. read-out noise - oczywiście nie cały, tylko uśredniony... (należy pamiętać że ta część matrycy także ma swój szum termiczny...)
Pierwsze matryce CCD miały po kilka tys pikseli, dzisiejsze mają już nawet i 100 mln, ilośc pixeli bezpośrednio przekłada się na rozdzielczość otrzymywanego obrazu, lecz znaczenie ma również wielkość pixela...
parametry matrycy ccd:
- wielkość matrycy (np. 1/1,8" ozn. przekątną 9mm, a wymiar 7,20mm x 5,35mm)
- ilość pikseli (np. 10Mpx oznacza 10 milionów pikseli)
- czułość (najczęściej w lx, ale to nieprecyzyjne określenie parametru)
- dynamika tonalna (ilość bitów na kanał np. 12bit/kanał)
- poziom szumów ( stosunek sygnał/szum określany w dB)
- matryca B&W - matryca czarno-biała,
- matryca RGB - matryca kolorowa
- wydajność kwantowa - mówi jaki procent fotonów zamienianych jest na sygnał, zależy od konkretnego typu. Od 60% do 90% (nawet 90-kilka).
- read-out noise - szum odczytu
- gain - wzmocnienie podczas konwersji sygnału analogowego do cyfrowego
