1 攝像頭原理
2 攝像頭主要參數(shù)解讀
3 CCD和CMOS區(qū)別
4 徠卡顯微鏡攝像頭介紹
攝像頭原理
攝像頭原理：1被攝物體反射光線，傳播到鏡頭，經(jīng)鏡頭聚焦到圖像傳感器芯片上， 傳感器根據(jù)光的強弱積聚相應(yīng)的電荷，經(jīng)周期性放電，產(chǎn)生表示一幅幅畫面的電信號，經(jīng)過預(yù)中放大電路放大、自動增益控制，于由圖像處理芯片處理的是數(shù)字信號，所以經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換到圖像數(shù)字信號處理IC（DSP）。同步信號發(fā)生器主要產(chǎn)生同步時鐘信號（由晶體振蕩電路來完成），即產(chǎn)生垂直和水平的掃描驅(qū)動信號，到圖像處理IC。然后，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路通過輸出端子輸出一個標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)合視頻信號。
簡單說：攝像頭就是通過光電效應(yīng)，將光信號轉(zhuǎn)換成電信號
主要技術(shù)參數(shù);
像元
像元（像素）：傳感器的基本單位，由光電二極管（硅）構(gòu)成，當(dāng)硅被激發(fā)后發(fā)射電子，然后由控制電路將溢出的電子轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。
1.光電二極管和普通二極管一樣，也是由一個PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，也具有單方向?qū)щ娞匦?。但在電路中它不是作整流元件，而是把光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電傳感器件。
2.光電二極管原理 是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，反向電流也越大。光的變化引起光電二極管電流變化，這就可以把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，成為光電傳感器件。
3像元的特性： 像元產(chǎn)生的電信號的強弱和光電二極管吸收的光子數(shù)成正比，光子數(shù)與曝光時間和光的強度有關(guān)。 單個像元的尺寸決定了像元到達(dá)飽和所需吸收的光子量。顯微鏡相機的像元尺寸在2--24um²，我們徠卡攝像頭一般在2--4um²之間，是選用比較頂尖的傳感器，例如MC190HD像素面積可以達(dá)到1.67×1.67µm²，傳感器面積達(dá)到1/2.3英寸
分辨率
分辨率：分辨圖像能力，用以描述圖像細(xì)節(jié)分辨程度。
通常它是以橫向和縱向像素點的數(shù)量來衡量的，表示成水平像素點數(shù)×垂直像素點數(shù)的形式。在一個固定的平面內(nèi)，分辨率越高，意味著可使用的細(xì)節(jié)越多，圖像越細(xì)致；但相對的，因為紀(jì)錄的信息越多，數(shù)據(jù)量也就會越大。
一般，分辨率與像素是成正比的，像素越大（多），分辨率也越高。
對于圖像傳感器芯片而言，有兩種提高分辨率的途徑：1.是在不改變單個像元大小的前提下，擴展芯片的尺寸。2.就是縮小單個元的尺寸以在同樣的芯片面積上擁有更多的像元。
幀數(shù)
幀數(shù)，即為幀生成數(shù)量的簡稱。是攝像頭采集的視頻每秒放映的畫面數(shù)。
幀數(shù)就是在1秒鐘時間里傳輸?shù)膱D片的量，也可以理解為圖形處理器每秒鐘能夠刷新幾次，通常用fps（Frames Per Second）表示。每一幀都是靜止的圖象，快速連續(xù)地顯示幀便形成了運動的假象。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的動畫。每秒鐘幀數(shù) (fps) 愈多，所顯示的動作就會愈流暢。
幀率：每秒顯示的圖片數(shù)。影響畫面流暢度，與畫面流暢度成正比：幀率越大，畫面越流暢；幀率越小，畫面越有跳動感。
由于人類眼睛的特殊生理結(jié)構(gòu)，如果所看畫面之幀率高于16的時候，就會認(rèn)為是連貫的，此現(xiàn)象稱之為視覺暫留。并且當(dāng)幀速達(dá)到一定數(shù)值后，再增長的話，人眼也不容易察覺到有明顯的流暢度提升了。
信噪比
物理學(xué)上，所有的信號都伴有噪聲，噪聲的類型及其所帶來的影響和圖像傳感器的種類有關(guān)。
噪聲的分類：
背景噪聲：屬于基本噪聲，是熱激發(fā)產(chǎn)生，曝光時間越長，背景噪聲越大。
讀取噪聲：信號讀取時產(chǎn)生，降低讀取速率可以降低讀取噪聲。
光電散粒噪聲：具有隨機性。
信噪比
信噪比：信噪比是指圖像傳感器接收信號和噪音的比例。
信噪比是衡量一張樣圖好壞的關(guān)鍵參數(shù)，信噪比越大越好。
信噪比的計量單位是dB，其計算方法是10lg(PS/PN)，其中Ps和Pn分別代表信號和噪聲的有效功率。
信噪比的常用值為45~55db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量優(yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。
阱容
阱容與像元的尺寸有關(guān)，表示單個像元儲存電荷的能力，即電荷阱飽和前能儲存的最大電子數(shù)。
阱是集成電路的接觸光的第一層，阱容就是阱的容量。
動態(tài)范圍
動態(tài)范圍：指最高值和最低值之間的范圍的一個物理量，而在圖像傳感器中指的是傳感器同時記錄強弱信號的能力。
動態(tài)范圍=阱容/噪聲，動態(tài)范圍也與增益（信號被放大程度）有關(guān)。它們的關(guān)系是增益提高一倍，阱容降低一倍，動態(tài)范圍降低（增益是放大倍數(shù)）
顯微觀察中的熒光觀察需要比較大動態(tài)范圍。
量子效率
量子效率是指光子激發(fā)產(chǎn)生電子的數(shù)量，即光信號轉(zhuǎn)化為電信號的能力。
最理想狀態(tài)是轉(zhuǎn)換與接收的比例時1：1。但是在實際中，光子也可能被吸收或者穿透。所以達(dá)不到1:1。量子效率的范圍一般在75％--99％。
影響因素：光電面的表面狀態(tài)、反射等因素 。
成像速度和binning
成像速度：每秒傳輸?shù)膸瑪?shù)。幀數(shù)與像素大小，讀取速度，數(shù)據(jù)傳輸速度有關(guān)。
它們的比例關(guān)系：
讀取的像素▼ 幀數(shù)▲ 速度▲ 讀取的像素▲ 幀數(shù)▼速度 ▼
成像速度和binning
在實際中，傳感器通常通過binning來降低讀取速度。Binning是一種圖像讀出模式，將相鄰像元感應(yīng)的電荷加在一起，以一個像素的模式讀出。（binnig英文是裝箱的意思）
通過binning將相鄰的幾個像元上的信號收集在一起，作為一個大的像元來處理，通?？梢匀?:2,3:3,4:4像元結(jié)合在一起來處理。
1：1 binning 2：2 binning
成像速度和binningBinning分為水平方向Binning和垂直方向Binning，水平方向Binning是將相鄰的行的電荷加在一起讀出，而垂直方向Binning是將相鄰的列的電荷加在一起讀出，Binning這一技術(shù)的優(yōu)點是能將幾個像素聯(lián)合起來作為一個像素使用，提高靈敏度，輸出速度，降低分辨率，當(dāng)行和列同時采用Binning時，圖像的縱橫比并不改變。
CCD和CMOS區(qū)別CCD：（Charge Coupled Device），電荷藕合器件圖像傳感器 電荷在像素之間依次傳遞，最終集中到串聯(lián)寄存器，轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后放大，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號。
CMOS：（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）互補性氧化金屬半導(dǎo)體 每個像元都有獨立的節(jié)點，轉(zhuǎn)換為電壓信號，然后放大，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號。
SCMOS：科學(xué)級圖像傳感器，---專為高通量篩選及DNA測序的革命性產(chǎn)品。
CCD和CMOS區(qū)別
CCD CMOS
響應(yīng)速度 慢 快
動態(tài)范圍 高 低
分辨率 高 低
噪聲控制 好 差
感光度 高 低 CMOS包含了大量電路和放大器，壓縮了單一像素的面積，所以純感光的面積變小
功耗 較大 較小
良率 較低 較高
成本 較高 較低
CCD和CMOS區(qū)別
CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。 目前，市場銷售的數(shù)碼攝像頭中以CMOS感光器件的為主。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過采用影像光源自動增益補強技術(shù)，自動亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對比度、邊緣增強以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制技術(shù)，完全可以達(dá)到與CCD攝像頭相媲美的效果。 受市場情況及市場發(fā)展等情況的限制，攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。 未來，主要看CMOS在成像質(zhì)量和CCD成本控制方面說做的更好，就就能占領(lǐng)更大市場。
謝謝！
TKS
技術(shù)工程師
