CCD攝像機(jī)最低照度淺析

由于生產(chǎn)廠家致力于ｃｃｄ的制作工藝和技術(shù)性能改進(jìn)，ｃｃｄ攝像機(jī)靈敏度不斷提高，其最低照度值大幅度下降；例如有的公司宣稱(chēng)其攝像機(jī)最低照度已達(dá)１ lux。ｃｃｄ攝像機(jī)已能在昏暗的光線下正常操作，這種功能對(duì)于夜間突發(fā)性新聞采集等特殊要求是非常有用的。但是，購(gòu)買(mǎi)攝像機(jī)的用戶(hù)僅僅相信產(chǎn)品說(shuō)明或廣告是不夠的，因?yàn)橛嘘P(guān)最低照度的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未建立。各廠家所稱(chēng)的最低照度，往往可能因不統(tǒng)一而引起誤解。

從技術(shù)定義上講，最低照度應(yīng)該是在標(biāo)準(zhǔn)的電視幀比率下，攝像機(jī)輸出電平為某一幅度下所需的屏幕照度，其單位為1ux。當(dāng)然這里包括攝像機(jī)處于最大增益，光圈最大（所謂光圈最大，即最小的f數(shù)，對(duì)于１／２英寸ccd攝像機(jī)，典型值為f1.4，而對(duì)于２／３英寸ccd攝像機(jī)，典型值為f1.7）；另外，對(duì)于屏幕的反射率也應(yīng)該是89.9%，色溫３，２００ｋ，γ為0.45，自動(dòng)拐點(diǎn)關(guān)斷等等。

一、最低照度的測(cè)試條件

１、最大增益

一般為＋１８db，但是＋２４db和＋３０db的攝像機(jī)相繼出現(xiàn)。由于攝像機(jī)最大增益的不同，其最低照度也會(huì)不同，必然產(chǎn)生混亂。

２、輸出電平

決定最低照度的一個(gè)主要因素是攝像機(jī)的輸出電平，是標(biāo)準(zhǔn)電平的１００％（0.7v），還是７０％（0.49v）等，怎樣才算較為合理。由羅伯特?以瑟在“攝像機(jī)低照度性評(píng)估”一文資料所示（見(jiàn)下表），可以看出，同一類(lèi)型、不同廠家，或同一廠家、不同類(lèi)型的攝像機(jī)，其輸出電平的要求也不一樣。

從表中可以看出，對(duì)廣播級(jí)攝像機(jī)，其輸出電平均要求１００％，這是比較統(tǒng)一的；但對(duì)于后三檔的攝像機(jī)，要求各異，并無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，可見(jiàn)所聲稱(chēng)的最低照度不是在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下得出的。

３、γ曲線

上面說(shuō)過(guò)，最低照度的一個(gè)測(cè)定條件是γ=0.45，但并非全是如此。另外有幾種情況影響γ曲線：

a.黑壓縮。這在攝像機(jī)中廣泛使用，其主要目的是減小低照度下的噪波，這顯然影響γ曲線。

b. 自動(dòng)拐點(diǎn)電路。這也在攝像機(jī)中廣泛采用，其目的是壓縮高照度下的動(dòng)態(tài)范圍，使得曲線明顯偏離0.45，這也是為什么在測(cè)量最低照度時(shí)要將該功能關(guān)斷的原因。

二、最低照度與ｓ/ｎ

在低照度下多使用高增益，勢(shì)必使ｓ/ｎ?lèi)夯?。從后面的?jì)算可知，若攝像機(jī)增益為0db，γ=1時(shí)ｓ/ｎ為60db。如果增益改為＋１８db，則ｓ/ｎ為４２db；當(dāng)增益＋１８db，γ=0.45時(shí)，ｓ/ｎ為36db。為了在低照度下不使ｓ/ｎ過(guò)度惡化，ｃｃｄ攝像機(jī)通常采用以下措施：

１、 芯片ｃｃｄ

a.采用大的ｃｃｄ芯片

一般來(lái)說(shuō)，大的ｃｃｄ芯片，其相應(yīng)的象素面積也較大，接受所攝光的面積增大，必然使象素輸出電荷增多，靈敏度上升，容易使攝像機(jī)整體質(zhì)量提高。如目前２/３英寸芯片廣泛用于廣播級(jí)，１/２英寸芯片廣泛應(yīng)用于專(zhuān)業(yè)級(jí)，１/３~１/４英寸廣泛用于家用級(jí)。但芯片尺寸大小，必然增加攝像機(jī)鏡頭和分色棱鏡的體積和重量，這也是家用機(jī)種采用小芯片尺寸的一個(gè)原因。另外須說(shuō)明的是，即使采用較大的芯片也未必能令ｓ/ｎ有明顯的改變。按理說(shuō)，２/３英寸ｃｃｄ芯片的象素面積比１/２英寸ｃｃｄ芯片的象素面積大一倍，而１/２英寸ｃｃｄ芯片象素面積比１/３英寸ｃｃｄ芯片象素面積也大一倍，但并非相應(yīng)s/n高一倍。因?yàn)槟壳靶酒夹g(shù)不斷改進(jìn)，特別是應(yīng)消費(fèi)的需求，１/２、１/３英寸ｃｃｄ芯片結(jié)構(gòu)做得較為復(fù)雜，使移位寄存器、傳輸門(mén)、控制線和通道中止等所占面積減小，從面使象素受光面積增大，結(jié)果提高了這些小芯片的靈敏度，或者說(shuō)提高了ｓ/ｎ。

b. 微透鏡技術(shù)

在每個(gè)ｃｃｄ象素芯片上都加有一個(gè)新型的半球形微透鏡，并結(jié)合光跟蹤模擬技術(shù)，使光電轉(zhuǎn)換效率大大提高。

c. back thinning技術(shù)

它可增加量子效率１~2倍，這種技術(shù)在專(zhuān)業(yè)級(jí)ｃｃｄ中使用，可較好地改善低照度性能。