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    凝膠成像CCD和與CMOS的區別
    點擊次數:137 發布日期:2019-3-13  來源:本站 僅供參考,謝絕轉載,否則責任自負
    每個公司生產的凝膠成像從結構上看都是差不多的,都可以用于DNA/RNA/蛋白質等凝膠電泳不同染色(如EB、考馬氏亮藍、銀染)等非化學發光成像檢測分析,主要區分看凝膠成像的靈敏度與分辯率,要想拍出的圖像質量好主要是取決于CCD的尺寸、像素,還有成像的一個軟件功能。

    關于CCD的介紹:

    一、CCD是Charge Coupled Device(電荷耦合器件)的縮寫,它是一種半導體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優點。

    (1)CCD尺寸與圖像質量
    CCD尺寸是影響其成像表現力的一個硬指標,是指CCD對角線的長度,也即是說,CCD的尺寸決定了指感光器件的面積大小。感光器件的面積越大,也即CCD/CMOS面積越大,捕獲的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。在相同像素的情況下,CCD的面積越大,單個感光單元的面積也就越大,其信噪比和感光能力也就越強,成像質量就越好。相反,單個感光單元的面積越小,其信噪比和感光能力也就越弱,成像的質量就會偏差。

    (2) CCD的像素
    通常描述攝像頭性能的時候都會用多少像素來表示,像素通俗地理解就是構成圖像的基礎材料,法國有個畫派叫點彩派,是在畫布上點出幾百萬個很小的油彩色點的方法來組成畫的,當你站在一定距離看點彩派的油畫時,這些色點混合起來形成一幅無縫的畫;數字圖像與點畫派的原理是一樣的,只不過代替小畫點的是一個個稱為像素(pixel)的顏色小方塊。
    像素高低與尺寸大小沒有優良關系,一般直觀想法認為CCD的像素越高,所需空間應該越多,相對的CCD的面積尺寸應該越大!對照現在的生產技術來說,這個觀念是對,也是不對。事實上,像素面積大小與線路布局精細度才是影響CCD尺寸的關鍵因素;也就是說,當制成技術越精密,線路所需占得的空間就越小,相對像素面積固定下,可以靠得更緊密,也就可以達到進一步縮小面積的目的,所以說在像素面積一定的情況下,線路布局越緊密,像素越高,CCD尺寸越大,成像質量也就越好。

    二 、CCD結構分解 上層為增光鏡頭中層為分色濾色片 下層為感光層 

    第一層“增光鏡頭”
    我們知道,數碼相機成像的關鍵是在于其感光層,為了擴展CCD的采光率,必須擴展單一像素的受光面積。但是提高采光率的辦法也容易使畫質下降。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定,而改由微型鏡片的表面積來決定。 

    第二層是“分色濾色片”
    CCD的第二層是“分色濾色片”,目前有兩種分色方式,一是RGB原色分色法,另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優缺點。首先,我們先了解一下兩種分色法的概念,RGB即三原色分色法,幾乎所有人類眼鏡可以識別的顏色,都可以通過紅、綠和藍來組成,而RGB三個字母分別就是Red, Green和Blue,這說明RGB分色法是通過這三個通道的顏色調節而成。再說CMYK,這是由四個通道的顏色配合而成,他們分別是青(C)、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)。在印刷業中,CMYK更為適用,但其調節出來的顏色不及RGB的多。 
    原色CCD的優勢在于畫質銳利,色彩真實,但缺點則是噪聲問題。因此,大家可以注意,一般采用原色CCD的數碼相機,在ISO感光度上多半不會超過400。相對的,補色CCD多了一個Y黃色濾色器,在色彩的分辨上比較仔細,但卻犧牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,補色CCD可以容忍較高的感光度,一般都可設定在800以上 

    第三層:感光層
    CCD的第三層是“感光片”,這層主要是負責將穿過濾色層的光源轉換成電子信號,并將信號傳送到影像處理芯片,將影像還原。 
    傳統的照相機膠卷尺寸為35mm,35mm為對角長度,35mm膠卷的感光面積為36 x 24mm。換算到數碼相機,對角長度約接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。在單反數碼相機中,很多都擁有接近35mm的CCD/CMOS尺寸,例如尼康德D100,CCD/CMOS尺寸面積達到23.7 x 15.6,比起消費級數碼相機要大很多,而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸為36 x 24mm,達到了35mm的面積,所以成像也相對較好。
     
    CCD和CMOS的比較和區別

    CCD和CMOS在制造上的主要區別是CCD是集成在半導體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導體材料上,工作原理沒有本質的區別。CCD只有少數幾個廠商例如索尼、松下等掌握這種技術。而且CCD制造工藝較復雜,采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實上經過技術改造,目前CCD和CMOS的實際效果的差距已經減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少,所以很多攝像頭生產廠商采用的CMOS感光元件。成像方面:在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好,色彩還原、曝光可以保證基本準確。而CMOS的產品往往通透性一般,對實物的色彩還原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,CMOS的成像質量和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,因此在攝像頭領域還是得到了廣泛的應用。 

    CCD是目前比較成熟的成像器件,CMOS被看作未來的成像器件。 
    因為CMOS結構相對簡單,與現有的大規模集成電路生產工藝相同,從而生產成本可以降低。從原理上,CMOS的信號是以點為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現在上等的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工藝還不是十分成熟,普通的 SMOS 一般分辨率低而成像較差。 
    目前的情況是,許多低檔入門型的數碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片,成像質量比較差。普及型、上等型及專業型數碼相機使用不同檔次的CCD,個別專業型或準專業型數碼相機使用上等的CMOS芯片。代表成像技術未來發展的X3芯片實際也是一種CMOS芯片。 
    CCD與CMOS孰優孰劣不能一概而論,但一般而言,普及型的數碼相機中使用CCD芯片的成像質量要好一些。 
    CCD的壞點和修復問題 
    拍攝夜景時或蓋上鏡頭蓋長時間曝光時,影像上的色點不一定都是CCD壞點,有的是噪點,CCD溫度降低后會有改善,通過固件(Firmware)升級有的也能改善。 
    如果CCD真的有壞點可以說是無法維修的,因為那是CCD的硬件問題,對CCD的某個成像單元進行維修幾乎是不可能的,也是不經濟的,只有換相機或換CCD。
    來源:上海金鵬分析儀器有限公司
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