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CCD操作介绍 1.原理 电荷藕合器件(CCD)是一种高敏感性的光子探测器。CCD分为大量的感光小(被称为像素)可以用来一的场景。一个落在指定像素将被转换成一个(或)的电子电子每个像素。当CCD,每一个像素数量场景。 这展示了一个典型的CCD。CCD本身主要是由硅结构硅原子杂质原子所取代。 下面的图表显示一个通过CCD非常简化截面。可以看出,本身形成像素。事实上,像素CCD本身位置上方电极所。如果一个电压到电极,那么这个正电场将吸引所有带负电荷的电子此外, 电周围区域任何带正电的洞会排斥。所有会被储存。 随着越来越多的光落到CCD周围将会吸引越来越多的电子直到满 (一个像素)。为防止这种情况的发生光必须被在CCD在照相机一个快门。因此,通过打开,设定一时间,然后关闭快门以确保容量一个对象图像。 一个实际的CCD大量的像素(如),像素点排列成横向和纵向。行和列的数量定义了CCD尺寸大小典型1024像素1024像素。CCD的分辨率是由像素的大小,也可以通过像素。在大多数天文CCD像素相互接触,CCD的分辨率由像素点距来定义,典型的10-20μm。因此,1024x1024像素的CCD实际大小约10毫米×10毫米。 CCD是如何? 下图一个横截面过一排CCD。每一个像素实际上由三个电极I?3,I?2 I?1组成。电极,而要求其他电极CCD之外。被电极。I?3抬高，可形成一个新的势阱,来把电荷转移到CCD,现在电荷被I?3和 I?2共享(第)。现在如果I?2降低，电荷将被转I?3下(第3)。继续I?1抬高，然后把I?3降低，从而确保漂移I?1之下。这一过程继续,要么下,要么穿越,这取决于电极的方向。 这幅图(一个计时图)显示,在这一过程中，每个电极高电荷通过CCD。 ,I?2置高通常是在12,电荷被聚集在电极下面，正如先前的(1)。当I?3,并且I?2被置低(通常是0)时,电荷转移到电极I?3)。最后I?1置高，并且把I?3置低，把电荷转移到I?1下(如(3))。在转移2和3重复进行这过程,电荷转移3个像素。这个过程电荷耦合(CCD)。 对于大多数CCD每一个像素,从而使得电荷能够沿着列向下转移因此,在CCD,所有横排被向下转移到最下面一排，从而使电荷可以被测量，这一排是用来传递CCD之外每个像素点上的电荷。 在读出寄存器电极如此,使得电荷沿着水平方向。电荷是如何CCD最后的过程是读每一个像素,相关的电子云尺寸。 一个CCD相机CCD芯片及相关电子,电子器件用来放大CCD上的小电压，滤除噪声部分，量化像素值，以及输出每一个像素点上的量值，例如，对于PC，相片可以在软件哪块被处理、被显示。CCD是一个模拟,模拟电压值被相机电子转换成数字形式。 CCD效率 并不是落在探测器每一个光子转换成电。光子百分比称为效率(QE)。例如,人类眼睛只有20%、照相胶卷有10%左右, QE能超过80%。效率会随而。 波长范围有波长范围400nm(蓝色)到1050nm(红外线)在大约700nm敏感峰值。然而,backthinning处理, CCD的波长范围可能会如紫外线和x射线。 动态范围 在图像正确地的是。在图像的称为动态范围。当光到CCD转换为电子。因此, CCD动态范围最小和最大数。随着越来越多的光落到CCD,越来越多的电子被在一个,最终像素饱和。对一个典型的CCD，在大约15万电子这种会发生。信号的不一定非得是一个电子(可见波对应于一个光子 )。,会存在极少量的电子噪声CCD的物理结构,通常为2 - 4电子像素。因此, 可检测最小信号由该。 在上面的例子中,CCD会有一个150,000:4动态范围(噪声水平)。但是-这个动态范围则又赖于电子所有动态范围的能力(信息电子分辨率)。 线性 从整体来看,眼睛不线性器(除了非常小的强度变化),而且会有一个对数响应。探测器一个重要的。,如果它100个光子将其转换100个电子(如果100% ),如果探测到10000个光子,它将其转换为10000电子。在这种情况下,我们该探测器有线性响应。这样一种显然非常有用,这样就不需要任何额外的处理来确定一幅图像不同物体的真实强度。 噪声 CCD最重要的方面之一是它的噪声响应。CD的噪声,这里: 暗电流-即热产生的噪音。在室温条件下, CCD可达数千电子像素/秒。因此, 像素几秒内达到。冷却可以大量减少暗电流。例如, CCD噪声可以电子温度大约-70摄氏度几乎消除暗电流 (电子像素秒)。降噪第二个是轻微处理技术产生一种CCD。该技术暗电流非常低的水平(室温几百电子像素秒)。 读出噪声——CCD最终的噪声限值读出噪音。读出噪声来源于每一个像素电子CCD输出节点电压转换(典型的值4μV/电子)。这种噪声的大小取决于输出节点大小。大量的努力致力于减少CCD读出噪音,将最终决定动态