CCD和CMOS的动态范围简介

    为了满足图像系统越来越广泛的要求，无论是个人的还是专业的应用，科研还是工业的，都对图像质量提出了越来越高的要求。

    *，动态范围是提高图像质量zui重要的指标。近两年CCD和CMOS芯片在提高动态范围上都获得了很大的进步，例如CCD利用类似于雪崩二极管的撞击（impationigation）现象，产生电子倍增效果（electron multiplication）,开发出灵敏*的摄像机，甚至于灵敏到可以对每个光子进行记数；而CMOS则开发出了一种称作HDRC（High Dynamic Range）的技术，利用具有双斜率的对数灵敏度响应曲线，大大增加了摄像机的对比度，拓宽了CMOS的动态范围，其典型实例如下图所示。

    用HDRC拓宽动态范围的示例
 

    从图中可以看出，当景物中的亮度反差很大时，普通摄像机只能单独地清晰反映出室外亮的景物的灰度层次，或者室内暗的景物的灰度层次，而不能同时在一幅图像内反映出亮和暗二个区域的灰度层次。采用HDRC技术，双斜率对数曲线使这二个区域的灰度层次同时出现在一幅图像中。

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    下图展示了一些图像传感器的动态范围，图中的X方向是光子数， 每一种摄像机水平线的左端，代表了它的zui小可检出的光子数，即灵敏度，而右端代表了zui大未饱和的光子数，即满势阱容量。

    不同图像传感器的动态范围
 

    图中蓝的横线是三种CMOS摄像机的动态范围，三条黄线和二条黑线是CCD的动态范围，其中三条黄线中的上面二条使用了电子倍增技术（emCCD）。从图中可以看出，CCD的灵敏度普遍比CMOS高，使用了em技术的CCD97已经灵敏到几乎可以对单个光子进行计数的能力；同时CCD的动态范围也比CMOS的要好一些，但是HDRC CMOS的动态范围则大大地提高了，它可以检出zui暗到0.001 Lux的光照输入，在zui亮到500，00 Lux的强阳光下的光照下，图像尚未饱和，动态范围高达500×106 :1的170db。