理论知识
科学级相机CCD天文观测需解决的两大问题
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时间:2012-10-19 15:08:07

在日常生活中,我们对于相机的认识,无非就是一个用来记录的工具,然而在自动化生产或是科学研究的过程中,相机却是一个至关重要的组件。按照不同的应用范围,相机也分为了不同的种类。通常情况下,用于工业生产、监控测量以及质量检测等领域的相机,是机器视觉技术的核心部件工业相机;而用于科学研究、天文观测、医学发现等领域的相机则是科学级相机。

相机中最为核心的部分就是其芯片,它是实现光电转换、电荷存储与转移的主要工具,目前,以CCD图像传感器最为常见,而一般我们在衡量CCD性能时,会主要从动态范围、量子效率、响应度、传输速度以及噪声等几个方面入手。工业相机与科学级相机因为应用范围不同,那么对其CCD图像传感器的要求也是有所不同的,科学级相机就比较偏重于需要CCD具有高光电转换效率、宽光谱响应、良好线性度、宽动态范围以及最重要的低噪声等性能优势。

科学级相机在科学科研领域的应用是非常广泛的,天文观测是最先应用科学级相机的领域,也是目前应用最为广泛、最为普及的领域。那么,对于天文观测来说,科学级相机CCD需要满足什么样的需求呢?科学级相机CCD用于天文观测主要需要解决两大问题,一是噪声的降低,二是同时保证高传输速度与高分辨率。

在系统运作过程中,可以说噪声无处不在,运行产生的热噪声、电荷转移过程中的读出噪声等等。噪声对于成像来说,存在着直接的影响,噪点的出现是降低图像清晰度与准确性的一大因素。因此,天文观测过程中,降低噪声的影响是至关重要的,而经过实验表明,CCD在低温环境下运作时,其噪声影响较小,甚至可以忽略不计,制冷CCD就是以其为原理而研制出来的有效降低噪声的器件类型。

我们知道如果相机具有高分辨率的话,其所获取的图像中所含的数据量就会很大,那么电荷的传输速度就会比较缓慢。然而,天文观测不仅需要高分辨率的图像,还需要高速的传输性能,如何让两者能够齐头并进成了研究的主题。目前来说,研究人员认为主要可以从改变传输介质和方式以及采用图像压缩技术等手段来实现。

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