Что такое охлаждаемая ПЗС-камера?

Что такое охлаждаемая ПЗС-камера?

Охлаждаемая ПЗС-камера — это цифровая камера с охлаждаемым ПЗС-датчиком (прибором с зарядовой связью) в качестве светоприемного элемента.

Также называемый «прибором с зарядовой связью», ПЗС — это тип датчика изображения; ПЗС-датчики используются для преобразования световой энергии в электрический заряд, который затем фиксируется в виде данных изображения. В частности, они часто используются в фотографии, видеопроизводстве, астрономии и других областях.

ПЗС-камера имеет большое количество световых датчиков (пикселей), расположенных на светоприемной поверхности, каждый из которых производит электрический заряд, соответствующий интенсивности света. Эти заряды считываются обратно как аналоговые сигналы и преобразуются в цифровые сигналы, что позволяет ПЗС-камерам достигать высокого разрешения изображения, динамического диапазона и низкого уровня шума.

Они также отлично подходят для съемки в темноте и обнаружения слабых источников света. Однако камеры CCD относительно чувствительны к свету, и шум увеличивается при более длительной выдержке.

Применение охлаждаемых камер CCD

Охлаждаемые камеры CCD в основном используются для фотографии (где изображения получаются в виде цифровых сигналов через светоприемный элемент) при подключении к ПК или для фотографии, требующей длительной выдержки, такой как астрофотография, из-за шумоподавления, вызванного охлаждением.

В области исследований он также используется для анализа ДНК и спектроскопического анализа. Он также используется для обнаружения (фотографирования) слабой хемилюминесценции, которая требует интеграции сигнала с помощью длительных экспозиций, и для захвата изображений люминесценции в сочетании с электронными микроскопами и оптическими микроскопами, используя преимущества многоканального детектора ПЗС.

Принцип охлаждаемой ПЗС-камеры

Охлаждаемая ПЗС-камера использует элемент Пельтье для охлаждения ПЗС, чтобы обеспечить длительную выдержку, а ПЗС-камера использует датчик изображения (фотодатчик) для накопления электрического заряда от внешнего света, который преобразуется в электрический сигнал с помощью АЦП для получения цифрового изображения.

При использовании при комнатной температуре явление, называемое «темновым током», происходит даже когда камера не получает света, и это является основной причиной шума. Это не проблема для обычной фотографии с выдержкой всего несколько секунд или около того, но для фотографии с длительной выдержкой шум, вызванный этим темновым током, может иметь существенное влияние.

Поскольку фотографирование и управление температурой охлаждения выполняется ПК с установленным специальным программным обеспечением, подключение к ПК является обязательным при съемке с помощью охлаждаемой ПЗС-камеры. Благодаря своей способности снижать шум охлаждаемая ПЗС-камера полезна для астрономической фотографии с длительной выдержкой при открытом затворе и для хемилюминесцентной детектируемой фотографии, в которой слабая люминесценция обнаруживается путем накопления сигналов в течение длительной выдержки.

Как выбрать охлаждаемую ПЗС-камеру

1. Разрешение

Разрешение — важный фактор, который указывает на детализацию и точность изображения. Выбор разрешения зависит от области применения и цели использования.

Более высокое разрешение подходит для наблюдения за мелкими объектами и подробными структурами, но оно также влияет на размер файла и скорость обработки, поэтому его следует настраивать в соответствии с целью и областью применения.

2. Размер пикселя

Размер пикселя указывает на физический размер отдельного пикселя. Чем больше размер пикселя, тем выше чувствительность, но разрешение, как правило, ниже. Соответствующий размер пикселя зависит от характеристик наблюдаемого объекта и условий съемки.

3. Уровень шума

Шум — это фактор, который напрямую влияет на качество изображения. Охлаждаемые ПЗС-камеры могут снижать шум за счет охлаждения сенсора, но уровень шума различается в зависимости от моделей и производителей. Уровень шума особенно важен в условиях темноты или слабого освещения.

4. Скорость работы

Скорость работы указывает на скорость получения изображения и передачи данных. Высокие скорости работы требуются для непрерывной съемки и быстрых приложений обработки изображений. Важно проверить частоту кадров и скорость передачи данных камеры и выбрать подходящую скорость для предполагаемого использования.

5. Мощность охлаждения

Охлаждаемые ПЗС-камеры оснащены системой охлаждения для охлаждения датчика. Мощность охлаждения важна для поддержания постоянной температуры датчика. Проверьте эффективность системы охлаждения и диапазон температур охлаждения, чтобы выбрать подходящую мощность охлаждения для среды и области применения, в которой она будет использоваться.

6. Интерфейсы и совместимость

Для использования охлаждаемой ПЗС-камеры требуется интерфейс, позволяющий обмениваться данными между камерой и компьютером или блоком управления. К распространенным интерфейсам относятся USB, FireWire и Gigabit Ethernet. Важно проверить совместимость с используемой системой и выбрать подходящий интерфейс.

Другая информация об охлаждаемых ПЗС-камерах

Камеры с КМОП-датчиками

В последние годы все больше камер заменяют ПЗС-камеры на КМОП-датчики (комплементарный металл-оксид-полупроводник), которые менее дороги, более энергоэффективны и обеспечивают более быстрое считывание данных.

Однако, за исключением некоторых специализированных приложений, они могут уступать ПЗС-камерам по качеству изображения и чувствительности.