Что такое ПЗС-камера?

Что такое ПЗС-камера?

ПЗС-камера — это камера, которая использует ПЗС в качестве датчика изображения. ПЗС означает прибор с зарядовой связью.

В последние годы технологические инновации заменили ПЗС-камеры на КМОП-датчики, которые превосходят их по производительности и стоимости. Тем не менее, они все еще используются в некоторых исследовательских приложениях, и некоторые любители предпочитают их из-за их тенденции создавать более сильный контраст на фотографиях, чем КМОП.

Применение ПЗС-камер

ПЗС-камеры используются в некоторых компактных цифровых камерах, но ведутся разработки ПЗС-камер для общего использования. Весьма вероятно, что в будущем их заменят КМОП-камеры.

Они часто полезны в исследовательских приложениях. Например, они используются в сочетании с микроскопами для визуализации биомолекул. ПЗС-камеры характеризуются высокой чувствительностью.

ПЗС характеризуются высокой чувствительностью. Кроме того, чувствительность обнаружения может быть увеличена до 1000 раз путем усиления сигнала обнаружения с помощью EMCCD (электронного умножения).

Современные датчики CMOS также могут обнаруживать флуоресценцию отдельных молекул за счет улучшения квантового выхода. Однако, когда флуоресценция отдельных молекул слаба, камера EMCCD, которая может усиливать сигнал, более выгодна.

Принцип работы камер CCD

Камеры CCD используют линзу или другую оптическую систему для формирования изображения на датчике CCD, который состоит из массива фотодиодов (элементов CCD).

Когда фотон попадает на светоприемный элемент ПЗС, фотоэлектрический эффект генерирует электроны, и элемент сохраняет электрический заряд. Заряд, накопленный в каждом ПЗС, передается на ПЗС для передачи, а ток усиливается усилителем. Усиленный ток рассчитывается платой управления ПЗС-камеры и преобразуется в данные изображения.

В EMCCD к переданному заряду перед его отправкой в ​​усилитель для удвоения числа электронов прикладывается напряжение. Это делается с помощью явления, называемого столкновительной ионизацией. EMCCD также может обнаруживать отдельные фотоны и измерять число фотонов.

Однако передача заряда не происходит, пока достаточное количество заряда не будет накоплено во всех ПЗС подряд. Это фактор, ограничивающий скорость передачи.

Типы ПЗС-камер

1. Тип элемента ПЗС

Полнокадровый тип
Полнокадровые ПЗС являются стандартными ПЗС и имеют самую высокую чувствительность и динамический диапазон для физических и химических измерений. Для предотвращения попадания света на элемент во время считывания требуется светозащитный затвор.

Тип передачи кадров
Тип передачи кадров имеет два типа ПЗС: один для приема света, а другой для хранения изображения. Полученное изображение передается на ПЗС для временного хранения, а сохраненный заряд считывается во время следующей экспозиции. Хотя затвор не требуется, необходим ПЗС с удвоенной площадью.

Тип Interline
ПЗС-матрица построчного типа — это тип, в котором секции приема и хранения света расположены в одном элементе. Этот тип ПЗС-элемента используется в видеокамерах. Затвор не требуется, но апертура меньше, чем у полнокадровой камеры.

2. Типы ПЗС-камер

Спектроскопическая камера
Это камера, которая может получать спектральный спектр изображения. Она может измерять спектральные характеристики в пределах диапазона съемки одновременно. Приложения включают диагностику свежести продуктов питания, обнаружение посторонних веществ и в промышленной сфере управление цветом продукта.

Камера для биологических наблюдений
Охлаждаемые ПЗС-камеры широко используются для наблюдения за микроскопическими движениями живых организмов и изображениями крайне слабого освещения путем присоединения их к микроскопам. Ключевыми факторами являются высокая чувствительность, высокое разрешение и высокая скорость.

Рентгеновская камера
Рентгеновские ПЗС-камеры становятся широко используемыми в диапазоне от мягкого до жесткого рентгеновского излучения. ПЗС-камеры превосходят другие детекторы из-за своей высокой чувствительности и широкого динамического диапазона.

Высокоскоростные камеры
Камеры, способные делать 100 кадров в секунду или более, называются высокоскоростными камерами. Они все чаще используются в промышленных приложениях, таких как автомобильные краш-тесты и контроль производственного процесса на заводах.

Другая информация о камерах CDD

Отличия от камер CMOS

ПЗС-датчик извлекает заряд из электродов наружу, как реле-коробка, тогда как у КМОП-датчика в каждом пикселе есть фотодиод, и он считывает сигналы непосредственно с пикселя, переключаясь с высокой скоростью с помощью полупроводникового переключателя. Таким образом, существуют следующие различия:

ПЗС = энергопотребление x/качество изображения ◎/цена x
К-МОП = энергопотребление ◎/качество изображения ◎/цена ◎

Таким образом, ПЗС превосходит по качеству изображения, а КМОП дешевле.