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凝胶成像CCD和与CMOS的区别

2019/6/2 21:12:18发布103次查看

每个公司生产的凝胶成像从结构上看都是差不多的,都可以用于dna/rna/蛋白质等凝胶电泳不同染色(如eb、考马氏亮蓝、银染)等非化学发光成像检测分析,主要区分看凝胶成像的灵敏度与分辩率,要想拍出的图像质量好主要是取决于ccd的尺寸、像素,还有成像的一个软件功能。
关于ccd的介绍:
一、ccd是charge coupled device(电荷耦合器件)的缩写,它是一种半导体成像器件,因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。
(1)ccd尺寸与图像质量
ccd尺寸是影响其成像表现力的一个硬指标,是指ccd对角线的长度,也即是说,ccd的尺寸决定了指感光器件的面积大小。感光器件的面积越大,也即ccd/cmos面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。在相同像素的情况下,ccd的面积越大,单个感光单元的面积也就越大,其信噪比和感光能力也就越强,成像质量就越好。相反,单个感光单元的面积越小,其信噪比和感光能力也就越弱,成像的质量就会偏差。
(2) ccd的像素
通常描述摄像头性能的时候都会用多少像素来表示,像素通俗地理解就是构成图像的基础材料,法国有个画派叫点彩派,是在画布上点出几百万个很小的油彩色点的方法来组成画的,当你站在一定距离看点彩派的油画时,这些色点混合起来形成一幅无缝的画;数字图像与点画派的原理是一样的,只不过代替小画点的是一个个称为像素(pixel)的颜色小方块。
像素高低与尺寸大小没有优良关系,一般直观想法认为ccd的像素越高,所需空间应该越多,相对的ccd的面积尺寸应该越大!对照现在的生产技术来说,这个观念是对,也是不对。事实上,像素面积大小与线路布局精细度才是影响ccd尺寸的关键因素;也就是说,当制成技术越精密,线路所需占得的空间就越小,相对像素面积固定下,可以靠得更紧密,也就可以达到进一步缩小面积的目的,所以说在像素面积一定的情况下,线路布局越紧密,像素越高,ccd尺寸越大,成像质量也就越好。
二 、ccd结构分解 上层为增光镜头中层为分色滤色片 下层为感光层 
第一层“增光镜头”
我们知道,数码相机成像的关键是在于其感光层,为了扩展ccd的采光率,必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定,而改由微型镜片的表面积来决定。 
第二层是“分色滤色片”
ccd的第二层是“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一是rgb原色分色法,另一个则是cmyk补色分色法这两种方法各有优缺点。首先,我们先了解一下两种分色法的概念,rgb即三原色分色法,几乎所有人类眼镜可以识别的颜色,都可以通过红、绿和蓝来组成,而rgb三个字母分别就是red, green和blue,这说明rgb分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说cmyk,这是由四个通道的颜色配合而成,他们分别是青(c)、洋红(m)、黄(y)、黑(k)。在印刷业中,cmyk更为适用,但其调节出来的颜色不及rgb的多。 
原色ccd的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题。因此,大家可以注意,一般采用原色ccd的数码相机,在iso感光度上多半不会超过400。相对的,补色ccd多了一个y黄色滤色器,在色彩的分辨上比较仔细,但却牺牲了部分影像的分辨率,而在iso值上,补色ccd可以容忍较高的感光度,一般都可设定在800以上 
第三层:感光层
ccd的第三层是“感光片”,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片,将影像还原。 
传统的照相机胶卷尺寸为35mm,35mm为对角长度,35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。换算到数码相机,对角长度约接近35mm的,ccd/cmos尺寸越大。在单反数码相机中,很多都拥有接近35mm的ccd/cmos尺寸,例如尼康德d100,ccd/cmos尺寸面积达到23.7 x 15.6,比起消费级数码相机要大很多,而佳能的eos-1ds的cmos尺寸为36 x 24mm,达到了35mm的面积,所以成像也相对较好。
ccd和cmos的比较和区别
ccd和cmos在制造上的主要区别是ccd是集成在半导体单晶材料上,而cmos是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上,工作原理没有本质的区别。ccd只有少数几个厂商例如索尼、松下等掌握这种技术。而且ccd制造工艺较复杂,采用ccd的摄像头价格都会相对比较贵。事实上经过技术改造,目前ccd和cmos的实际效果的差距已经减小了不少。而且cmos的制造成本和功耗都要低于ccd不少,所以很多摄像头生产厂商采用的cmos感光元件。成像方面:在相同像素下ccd的成像通透性、明锐度都很好,色彩还原、曝光可以保证基本准确。而cmos的产品往往通透性一般,对实物的色彩还原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,cmos的成像质量和ccd还是有一定距离的。但由于低廉的价格以及高度的整合性,因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。 
ccd是目前比较成熟的成像器件,cmos被看作未来的成像器件。 
因为cmos结构相对简单,与现有的大规模集成电路生产工艺相同,从而生产成本可以降低。从原理上,cmos的信号是以点为单位的电荷信号,而ccd是以行为单位的电流信号,前者更为敏感,速度也更快,更为省电。现在上等的cmos并不比一般ccd差,但是cmos工艺还不是十分成熟,普通的 smos 一般分辨率低而成像较差。 
目前的情况是,许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档cmos芯片,成像质量比较差。普及型、上等型及专业型数码相机使用不同档次的ccd,个别专业型或准专业型数码相机使用上等的cmos芯片。代表成像技术未来发展的x3芯片实际也是一种cmos芯片。 
ccd与cmos孰优孰劣不能一概而论,但一般而言,普及型的数码相机中使用ccd芯片的成像质量要好一些。 
ccd的坏点和修复问题 
拍摄夜景时或盖上镜头盖长时间曝光时,影像上的色点不一定都是ccd坏点,有的是噪点,ccd温度降低后会有改善,通过固件(firmware)升级有的也能改善。 
如果ccd真的有坏点可以说是无法维修的,因为那是ccd的硬件问题,对ccd的某个成像单元进行维修几乎是不可能的,也是不经济的,只有换相机或换ccd。
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