CCD和CMOS的動態范圍簡介

    為了滿足圖像系統越來越廣泛的要求，無論是個人的還是專業的應用，科研還是工業的，都對圖像質量提出了越來越高的要求。

    *，動態范圍是提高圖像質量zui重要的指標。近兩年CCD和CMOS芯片在提高動態范圍上都獲得了很大的進步，例如CCD利用類似于雪崩二極管的撞擊（impationigation）現象，產生電子倍增效果（electron multiplication）,開發出靈敏*的攝像機，甚至于靈敏到可以對每個光子進行記數；而CMOS則開發出了一種稱作HDRC（High Dynamic Range）的技術，利用具有雙斜率的對數靈敏度響應曲線，大大增加了攝像機的對比度，拓寬了CMOS的動態范圍，其典型實例如下圖所示。

    用HDRC拓寬動態范圍的示例
 

    從圖中可以看出，當景物中的亮度反差很大時，普通攝像機只能單獨地清晰反映出室外亮的景物的灰度層次，或者室內暗的景物的灰度層次，而不能同時在一幅圖像內反映出亮和暗二個區域的灰度層次。采用HDRC技術，雙斜率對數曲線使這二個區域的灰度層次同時出現在一幅圖像中。

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    下圖展示了一些圖像傳感器的動態范圍，圖中的X方向是光子數， 每一種攝像機水平線的左端，代表了它的zui小可檢出的光子數，即靈敏度，而右端代表了zui大未飽和的光子數，即滿勢阱容量。

    不同圖像傳感器的動態范圍
 

    圖中藍的橫線是三種CMOS攝像機的動態范圍，三條黃線和二條黑線是CCD的動態范圍，其中三條黃線中的上面二條使用了電子倍增技術（emCCD）。從圖中可以看出，CCD的靈敏度普遍比CMOS高，使用了em技術的CCD97已經靈敏到幾乎可以對單個光子進行計數的能力；同時CCD的動態范圍也比CMOS的要好一些，但是HDRC CMOS的動態范圍則大大地提高了，它可以檢出zui暗到0.001 Lux的光照輸入，在zui亮到500，00 Lux的強陽光下的光照下，圖像尚未飽和，動態范圍高達500×106 :1的170db。