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凝膠成像CCD和與CMOS的區(qū)別

來源:上海勇諾生物科技有限公司   2019年03月22日 12:01  

每個(gè)公司生產(chǎn)的凝膠成像從結(jié)構(gòu)上看都是差不多的,都可以用于DNA/RNA/蛋白質(zhì)等凝膠電泳不同染色(如EB、考馬氏亮藍(lán)、銀染)等非化學(xué)發(fā)光成像檢測分析,主要區(qū)分看凝膠成像的靈敏度與分辯率,要想拍出的圖像質(zhì)量好主要是取決于CCD的尺寸、像素,還有成像的一個(gè)軟件功能。
關(guān)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(dǎo)體成像器件,因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。
(1)CCD尺寸與圖像質(zhì)量
CCD尺寸是影響其成像表現(xiàn)力的一個(gè)硬指標(biāo),是指CCD對(duì)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(gè)感光單元的面積也就越大,其信噪比和感光能力也就越強(qiáng),成像質(zhì)量就越好。相反,單個(gè)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(zhì)量就會(huì)偏差。
(2) CCD的像素
通常描述攝像頭性能的時(shí)候都會(huì)用多少像素來表示,像素通俗地理解就是構(gòu)成圖像的基礎(chǔ)材料,法國有個(gè)畫派叫點(diǎn)彩派,是在畫布上點(diǎn)出幾百萬個(gè)很小的油彩色點(diǎn)的方法來組成畫的,當(dāng)你站在一定距離看點(diǎn)彩派的油畫時(shí),這些色點(diǎn)混合起來形成一幅無縫的畫;數(shù)字圖像與點(diǎn)畫派的原理是一樣的,只不過代替小畫點(diǎn)的是一個(gè)個(gè)稱為像素(pixel)的顏色小方塊。
像素高低與尺寸大小沒有優(yōu)良關(guān)系,一般直觀想法認(rèn)為CCD的像素越高,所需空間應(yīng)該越多,相對(duì)的CCD的面積尺寸應(yīng)該越大!對(duì)照現(xiàn)在的生產(chǎn)技術(shù)來說,這個(gè)觀念是對(duì),也是不對(duì)。事實(shí)上,像素面積大小與線路布局精細(xì)度才是影響CCD尺寸的關(guān)鍵因素;也就是說,當(dāng)制成技術(shù)越精密,線路所需占得的空間就越小,相對(duì)像素面積固定下,可以靠得更緊密,也就可以達(dá)到進(jìn)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(zhì)量也就越好。

二 :CCD結(jié)構(gòu)分解 上層為增光鏡頭中層為分色濾色片 下層為感光層 
**層“增光鏡頭”
我們知道,數(shù)碼相機(jī)成像的關(guān)鍵是在于其感光層,為了擴(kuò)展CCD的采光率,必須擴(kuò)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(zhì)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?yàn)閭鞲衅鞯拈_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(gè)則是CMYK補(bǔ)色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。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(shí)別的顏色,都可以通過紅、綠和藍(lán)來組成,而RGB三個(gè)字母分別就是Red, Green和Blue,這說明RGB分色法是通過這三個(gè)通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再說CMYK,這是由四個(gè)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(yè)中,CMYK更為適用,但其調(diào)節(jié)出來的顏色不及RGB的多。 
原色CCD的優(yōu)勢在于畫質(zhì)銳利,色彩真實(shí),但缺點(diǎn)則是噪聲問題。因此,大家可以注意,一般采用原色CCD的數(shù)碼相機(jī),在ISO感光度上多半不會(huì)超過400。相對(duì)的,補(bǔ)色CCD多了一個(gè)Y黃色濾色器,在色彩的分辨上比較仔細(xì),但卻犧牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,補(bǔ)色CCD可以容忍較高的感光度,一般都可設(shè)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(fù)責(zé)將穿過濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號(hào),并將信號(hào)傳送到影像處理芯片,將影像還原。 
傳統(tǒng)的照相機(jī)膠卷尺寸為35mm,35mm為對(duì)角長度,35mm膠卷的感光面積為36 x 24mm。換算到數(shù)碼相機(jī),對(duì)角長度約接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。在單反數(shù)碼相機(jī)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(dá)到23.7 x 15.6,比起消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)要大很多,而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸為36 x 24mm,達(dá)到了35mm的面積,所以成像也相對(duì)較好。
 
CCD和CMOS的比較和區(qū)別
CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上,工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個(gè)廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復(fù)雜,采用CCD的攝像頭價(jià)格都會(huì)相對(duì)比較貴。事實(shí)上經(jīng)過技術(shù)改造,目前CCD和CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)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(chǎn)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(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般,對(duì)實(shí)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(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性,因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。 

CCD和CMOS的區(qū)別: 
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?yàn)镃MOS結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同,從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上,CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào),而CCD是以行為單位的電流信號(hào),前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現(xiàn)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(shù)碼相機(jī)使用廉價(jià)的低檔CMOS芯片,成像質(zhì)量比較差。普及型、上等型及專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用不同檔次的CCD,個(gè)別專業(yè)型或準(zhǔn)專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用上等的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來發(fā)展的X3芯片實(shí)際也是一種CMOS芯片。 
CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論,但一般而言,普及型的數(shù)碼相機(jī)中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。 
2CCD的壞點(diǎn)和修復(fù)問題 
拍攝夜景時(shí)或蓋上鏡頭蓋長時(shí)間曝光時(shí),影像上的色點(diǎn)不一定都是CCD壞點(diǎn),有的是噪點(diǎn),CCD溫度降低后會(huì)有改善,通過固件(Firmware)升級(jí)有的也能改善。 
如果CCD真的有壞點(diǎn)可以說是無法維修的,因?yàn)槟鞘荂CD的硬件問題,對(duì)CCD的某個(gè)成像單元進(jìn)行維修幾乎是不可能的,也是不經(jīng)濟(jì)的,只有換相機(jī)或換CCD。

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