1、像素：这个是常见的参数。在芯片确定的情况下，像素越高，灵敏度越低，两者是反比关系，所以像素不是越高越好，在像素够用的情况下应尽量优先确保灵敏度。
2、动态范围：实际上这个参数取决于另外2个参数。动态范围=20Xlog10(满井电子/总噪音）这个参数越高也表征CCD 的灵敏度越高。
3、满井电子：从动态范围的计算看的出来，满井电子数越大越好。
4、噪音：简单理解就是杂信号，有读出噪声和暗噪声, 读出噪声相机电子元件处理图象时的额外噪音，与电子效率有关。图森相机通过相关双采样的方法，能显著降低CCD 读出噪声。
5、制冷：CCD 工作时温度会升高，这会产生噪音，尤其是长时间曝光（若荧光拍摄等情况需要较长的曝光时间），如果把温度降低，可以减少这类噪音，所以大家看到有冷CCD 。制冷方式有很多，比如装风扇、半导体制冷、水循环制冷，还有用液氮制冷的，制冷越低，降噪越好，但是成本也就越高。图森二级半导体制冷CCD, 可制冷至室温下-45℃。
6、灰阶：一般是写的多少bit ，这个值高点好些，这样在一些层次比较多或者不容易区分的图片的拍摄上会有帮助，常见的是医院血液科的血涂片拍摄：红血球非常薄而且多，经常在镜下观察时会发现有不少是有重叠的，人眼还比较好区分重叠的部分，但是换到CCD 上面的话，基本需要12bit 以上了，最好是14bit 的。对于做灰度分析或者荧光定量分析的，灰阶还是高点好。
7、芯片尺寸：因为像素和灵敏度的反比关系，所以芯片尺寸自然是大的好些。
8、速度：这个自然是越快越好，不过要注意区分：速度分为读出速度，预览速度，采集速度；读出速度高不一定预览、采集就快，因为它还受后面接口、电脑等的影响；预览速度受分辨率影响，采集速度相对好点，因为他的变动基本上就只有电脑配置高低影响了。
9、接口：最常用的是 USB接口，1394其次，还有就是串口。
10、binning ：这是提高CCD 预览、采集的常见方法，支持的binning 越高，速度也就能提的更高，不过会牺牲分辨率——其实它就是把几个像素当作一个像素计算，比如2X2，就是把4个像素当作一个像素。
11、曝光时间：支持的时间越长，在拍摄弱光的时候会好些；至于说最小曝光时间，原理上可以侧面反应CCD 的灵敏度，但是需要参考的条件比较多。
12、GAIN ：一个信号放大的参数，GAIN 越大，所需要的曝光时间也就越短，但是相应的噪音也就会增加。
显微镜拍摄的目的，是要将视野下看得的范围真实的展现出来，因此，专业的显微摄影拍摄，还是要用到专业的显微摄影相机。
CCD 是常见的数码成像设备，原理是通过感光电流产生、放大和AD 转换而采集信号。这个过程不可避免的还要使用模拟放大电路来完成，总所周知，模拟电路会因为热噪声、电感应
CCD(Charge Coupled Device)全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。它是在MOS 集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD 图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、生物医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。
衡量CCD 好坏的指标很多，有像素数量，CCD 尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及CCD 尺寸是重要的指标。
相关知识:
CCD 工作原理
一个完整的CCD 器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成.CCD 工作时, 在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样, 将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少. 取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中. 移位寄存器在驱动时钟的作用下, 将信号电荷顺次转移到输出端. 将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中, 就可对信号再现或进行存储处理. 由于CCD 光敏元可做得很小(约10um), 所以它的图象分辨率很高.
一．CCD 的MOS 结构及存贮电荷原理
CCD 的基本单元是MOS 电容器, 这种电容器能存贮电荷, 其结构如图1所示. 以P 型硅为例, 在P 型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层, 然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极,P 型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴, 少数载流子是带负电荷的电子, 当金属电极上施加正电压时, 其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引. 于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。
当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经衬底的薄P 型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电
子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态，即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。
总之, 上述结构实质上是个微小的MOS 电容, 用它构成象素, 既可“感光”又可留下“潜影”, 感光作用是靠光强产生的电子电荷积累, 潜影是各个象素留在各个电容里的电荷不等而形成的, 若能设法把各个电容里的电荷依次传送到输出端, 再组成行和帧并经过“显影”就实现了图象的传递.
二．电荷的转移与传输
CCD 的移位寄存器是一列排列紧密的MOS 电容器, 它的表面由不透光的铝层覆盖, 以实现光屏蔽. 由上面讨论可知,MOS 电容器上的电压愈高, 产生的势阱愈深, 当外加电压一定, 势阱深度随阱中的电荷量增加而线性减小. 利用这一特性, 通过控制相邻MOS 电容器栅极电压高低来调节势阱深浅. 制造时将MOS 电容紧密排列, 使相邻的MOS 电容势阱相互“沟通”. 认为相邻MOS 电容两电极之间的间隙足够小(目前工艺可做到0.2μm), 在信号电荷自感生电场的库仑力推动下, 就可使信号电荷由浅处流向深处, 实现信号电荷转移.
为了保证信号电荷按确定路线转移, 通常MOS 电容阵列栅极上所加电压脉冲为严格满足相位要求的二相、三相或四相系统的时钟脉冲. 下面我们分别介绍三
相和二相CCD 结构及工作原理.
1. 三相CCD 传输原理
简单的三相CCD 结构如图2所示. 每一级也叫一个像元, 有三个相邻电极, 每隔两个电极的所有电极(如1、4、7„„,2、5、8„„,3、6、9„„) 都接在一起, 由3个相位相差1200 的时钟脉冲φ1、φ2、φ3来驱动, 故称三相CCD, 图2(a)为断面图; 图(b)为俯视图; 图(d)给出了三相时钟之间的变化. 在时刻t1, 第一相时钟φ1处于高电压, φ2、φ3处于低压. 这时第一组电极1、4、7„„下面形成深势阱, 在这些势阱中可以贮存信号电荷形成“电荷包”, 如图(c)所示. 在t2时刻φ1电压线性减少, φ2为高电压, 在第一组电极下的势阱变浅, 而第二组(2、5、8„„) 电极下形成深势阱, 信息电荷从第一组电极下面向第二组转移, 直到t3时刻, φ2为高压, φ1、φ3为低压, 信息电荷全部转移到第二组电极下面. 重复上述类似过程, 信息电荷可从φ2转移到φ3, 然后从φ3转移到φ1电极下的势阱中, 当三相时钟电压循环一个时钟周期时, 电荷包向右转移一级(一个像元), 依次类推, 信号电荷一直由电极1、2、3„„N 向右移, 直到输出
.
2．二相CCD 传输原理
CCD 中的电荷定向转移是靠势阱的非对称性实现的. 在三相CCD 中是靠时钟脉冲的时序控制, 来形成非对称势阱. 但采用不对称的电极结构也可以引进不对称势势阱, 从而变成二相驱动的CCD. 目前实用CCD 中多采用二相结构. 实现二相驱动的方案有:
阶梯氧化层电极
阶梯氧化层电极结构参见图3. 由图可见, 此结构中将一个电极分成二部分, 其左边部分电极下的氧化层比右边的厚, 则在同一电压下, 左边电极下的位阱浅, 自动起到了阻挡信号倒流的作用.
设置势垒注入区(图4)
对于给定的栅压, 位阱深度是掺杂浓度的函数. 掺杂浓度高, 则位阱浅. 采用离子注入技术使转移电极前沿下衬底浓度高于别处, 则该处位阱就较浅, 任何电荷包都将只向位阱的后沿方向移动
.
三．电荷读出
CCD 的信号电荷读出方法有两种:输出二极管电流法和浮置栅MOS 放大器电压法
.
图5(a)是在线列阵未端衬底上扩散形成输出二极管, 当二极管加反向偏置时, 在PN 结区产生耗尽层. 当信号电荷通过输出栅OG 转移到二极管耗尽区时, 将作为二极管的少数载流子而形成反向电流输出. 输出电流的大小与信息电荷大小
成正比, 并通过负载电阻RL 变为信号电压U0输出.
图5(b)是一种浮置栅MOS 放大器读取信息电荷的方法.MOS 放大器实际是一个源极跟随器, 其栅极由浮置扩散结收集到的信号电荷控制, 所以源极输出随信号电荷变化. 为了接收下一个“电荷包”的到来, 必须将浮置栅的电压恢复到初始状态, 故在MOS 输出管栅极上加一个MOS 复位管. 在复位管栅极上加复位脉冲φR, 使复位管开启, 将信号电荷抽走, 使浮置扩散结复位.
图5(c)为输出级原理电路, 由于采用硅栅工艺制作浮置栅输出管, 可使栅极等效电容C 很小. 如果电荷包的电荷为Q,A 点等效电容为C, 输出电压为U0,A 点的电位变化△U=－, 因而可以得到比较大的输出信号, 起到放大器的作用, 称为浮置栅MOS 放大器电压法.
带冷却CCD
现在有一种带冷却的摄像头, 为什么要冷却, 冷却后会有什么效果, 这种摄像头在病理科学中有什么应用, 对这些问题有所了解, 选择摄像头时就可以少一些盲点. 要理解冷却摄像头, 先要了解一些基本概念:
带冷却CCD 的工作原理如图所示:
CCD 的暗电流:
从原理上讲, 暗电流是电子做热运动引起的, 即使在没有入射光时, 电子也存在热运动, 也会被光敏元件所捕获(potential well),并作为光电信号输出. 理想的光敏元件其暗电流应该是零, 但是, 实际状况是每个像素中的光敏元件同时又充当了电容, 当电容器慢慢地释放电荷时, 就算没有入射光, 暗电流的电压也会与低亮度入射光的输出电压相当. 因此, 即使关闭镜头我们还是能从显示器上看到部分光亮的显示. 这种暗电流是随机的, 在一定的时间间隔内, 所产生的热电子数量符合POISSAN 分布, 并随温度的增高而增强. 暗电流是热噪声的主要来源, 可以通过冷却CCD 来控制, 温度每降低6摄氏度, 暗电流可以减少2个单位.
热像素:
由于CCD 的硅片纯度不是100%,因此, 部分像素就可能严重地受到暗电流的干扰, 会比其他大部分像素以快得多的速率(通常会达到100倍) 积聚暗电
流, 一个未带冷却的CCD, 拍摄黑暗的图像(关闭镜头, 无入射光), 经过几秒钟后, 就会出现满天星的黑夜图像. 使CCD 冷却也同样可以控制热像素所带来的噪声. 下图所示即为控制暗电流输出后, 未带冷却的CCD, 在无入射光线时, 经过1,5,10,50秒后分别拍摄的图像.
信噪比:
信噪比就是真值信号与噪声的比值,CCD 的噪声来源很多, 如热噪声(暗电流和热像素), 光子噪声, 读出噪声等等, 在信号强度较高时, 噪声被淹盖, 噪声对影像质量的影响并不明显, 但在光信号较弱的情况下, 如天文望远镜, 免疫荧光显微等, 噪声对图像质量的影响就比较大, 因此就要想办法提高信噪比.
CCD 本身无法判别电子来源于光子还是电子的热运动, 光线较弱需要较长的曝光时间时, 这就意味着" 像素的电子井"(pixel well)会捕获到更多的热运动电子, 产生更多的热像素, 噪声可能会淹没真值信号, 图像可能会变得无法识别. 要想获得清晰的图像, 就得抑制暗电流和热像素, 这就需要将CCD 冷却. 不同的冷却系统冷却效率不同, 有的只能冷却到-10或-20摄氏度. 采用珀尔帖冷却系统(Peltier elements)可以冷却到-40摄氏度, 这样可最大程度地减少暗电流, 扩展动态范围和提高灵敏度.
1、像素：这个是常见的参数。在芯片确定的情况下，像素越高，灵敏度越低，两者是反比关系，所以像素不是越高越好，在像素够用的情况下应尽量优先确保灵敏度。
2、动态范围：实际上这个参数取决于另外2个参数。动态范围=20Xlog10(满井电子/总噪音）这个参数越高也表征CCD 的灵敏度越高。
3、满井电子：从动态范围的计算看的出来，满井电子数越大越好。
4、噪音：简单理解就是杂信号，有读出噪声和暗噪声, 读出噪声相机电子元件处理图象时的额外噪音，与电子效率有关。图森相机通过相关双采样的方法，能显著降低CCD 读出噪声。
5、制冷：CCD 工作时温度会升高，这会产生噪音，尤其是长时间曝光（若荧光拍摄等情况需要较长的曝光时间），如果把温度降低，可以减少这类噪音，所以大家看到有冷CCD 。制冷方式有很多，比如装风扇、半导体制冷、水循环制冷，还有用液氮制冷的，制冷越低，降噪越好，但是成本也就越高。图森二级半导体制冷CCD, 可制冷至室温下-45℃。
6、灰阶：一般是写的多少bit ，这个值高点好些，这样在一些层次比较多或者不容易区分的图片的拍摄上会有帮助，常见的是医院血液科的血涂片拍摄：红血球非常薄而且多，经常在镜下观察时会发现有不少是有重叠的，人眼还比较好区分重叠的部分，但是换到CCD 上面的话，基本需要12bit 以上了，最好是14bit 的。对于做灰度分析或者荧光定量分析的，灰阶还是高点好。
7、芯片尺寸：因为像素和灵敏度的反比关系，所以芯片尺寸自然是大的好些。
8、速度：这个自然是越快越好，不过要注意区分：速度分为读出速度，预览速度，采集速度；读出速度高不一定预览、采集就快，因为它还受后面接口、电脑等的影响；预览速度受分辨率影响，采集速度相对好点，因为他的变动基本上就只有电脑配置高低影响了。
9、接口：最常用的是 USB接口，1394其次，还有就是串口。
10、binning ：这是提高CCD 预览、采集的常见方法，支持的binning 越高，速度也就能提的更高，不过会牺牲分辨率——其实它就是把几个像素当作一个像素计算，比如2X2，就是把4个像素当作一个像素。
11、曝光时间：支持的时间越长，在拍摄弱光的时候会好些；至于说最小曝光时间，原理上可以侧面反应CCD 的灵敏度，但是需要参考的条件比较多。
12、GAIN ：一个信号放大的参数，GAIN 越大，所需要的曝光时间也就越短，但是相应的噪音也就会增加。
显微镜拍摄的目的，是要将视野下看得的范围真实的展现出来，因此，专业的显微摄影拍摄，还是要用到专业的显微摄影相机。
CCD 是常见的数码成像设备，原理是通过感光电流产生、放大和AD 转换而采集信号。这个过程不可避免的还要使用模拟放大电路来完成，总所周知，模拟电路会因为热噪声、电感应
CCD(Charge Coupled Device)全称为电荷耦合器件，是70年代发展起来的新型半导体器件。它是在MOS 集成电路技术基础上发展起来的，为半导体技术应用开拓了新的领域。它具有光电转换、信息存贮和传输等功能，具有集成度高、功耗小、结构简单、寿命长、性能稳定等优点，故在固体图像传感器、信息存贮和处理等方面得到了广泛的应用。CCD 图像传感器能实现信息的获取、转换和视觉功能的扩展，能给出直观、真实、多层次的内容丰富的可视图像信息，被广泛应用于军事、天文、生物医疗、广播、电视、传真通信以及工业检测和自动控制系统。
衡量CCD 好坏的指标很多，有像素数量，CCD 尺寸，灵敏度，信噪比等，其中像素数以及CCD 尺寸是重要的指标。
相关知识:
CCD 工作原理
一个完整的CCD 器件由光敏单元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成.CCD 工作时, 在设定的积分时间内由光敏单元对光信号进行取样, 将光的强弱转换为各光敏单元的电荷多少. 取样结束后各光敏元电荷由转移栅转移到移位寄存器的相应单元中. 移位寄存器在驱动时钟的作用下, 将信号电荷顺次转移到输出端. 将输出信号接到示波器、图象显示器或其它信号存储、处理设备中, 就可对信号再现或进行存储处理. 由于CCD 光敏元可做得很小(约10um), 所以它的图象分辨率很高.
一．CCD 的MOS 结构及存贮电荷原理
CCD 的基本单元是MOS 电容器, 这种电容器能存贮电荷, 其结构如图1所示. 以P 型硅为例, 在P 型硅衬底上通过氧化在表面形成SiO2层, 然后在SiO2 上淀积一层金属为栅极,P 型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴, 少数载流子是带负电荷的电子, 当金属电极上施加正电压时, 其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引. 于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下的带负电的少数载流子在紧靠SiO2层形成负电荷层（耗尽层），电子一旦进入由于电场作用就不能复出，故又称为电子势阱。
当器件受到光照时（光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射入，或经衬底的薄P 型硅射入），光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电
子被吸引存贮在势阱中，这些电子是可以传导的。光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之，这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光与电的转换，而势阱中收集的电子处于存贮状态，即使停止光照一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。
总之, 上述结构实质上是个微小的MOS 电容, 用它构成象素, 既可“感光”又可留下“潜影”, 感光作用是靠光强产生的电子电荷积累, 潜影是各个象素留在各个电容里的电荷不等而形成的, 若能设法把各个电容里的电荷依次传送到输出端, 再组成行和帧并经过“显影”就实现了图象的传递.
二．电荷的转移与传输
CCD 的移位寄存器是一列排列紧密的MOS 电容器, 它的表面由不透光的铝层覆盖, 以实现光屏蔽. 由上面讨论可知,MOS 电容器上的电压愈高, 产生的势阱愈深, 当外加电压一定, 势阱深度随阱中的电荷量增加而线性减小. 利用这一特性, 通过控制相邻MOS 电容器栅极电压高低来调节势阱深浅. 制造时将MOS 电容紧密排列, 使相邻的MOS 电容势阱相互“沟通”. 认为相邻MOS 电容两电极之间的间隙足够小(目前工艺可做到0.2μm), 在信号电荷自感生电场的库仑力推动下, 就可使信号电荷由浅处流向深处, 实现信号电荷转移.
为了保证信号电荷按确定路线转移, 通常MOS 电容阵列栅极上所加电压脉冲为严格满足相位要求的二相、三相或四相系统的时钟脉冲. 下面我们分别介绍三
相和二相CCD 结构及工作原理.
1. 三相CCD 传输原理
简单的三相CCD 结构如图2所示. 每一级也叫一个像元, 有三个相邻电极, 每隔两个电极的所有电极(如1、4、7„„,2、5、8„„,3、6、9„„) 都接在一起, 由3个相位相差1200 的时钟脉冲φ1、φ2、φ3来驱动, 故称三相CCD, 图2(a)为断面图; 图(b)为俯视图; 图(d)给出了三相时钟之间的变化. 在时刻t1, 第一相时钟φ1处于高电压, φ2、φ3处于低压. 这时第一组电极1、4、7„„下面形成深势阱, 在这些势阱中可以贮存信号电荷形成“电荷包”, 如图(c)所示. 在t2时刻φ1电压线性减少, φ2为高电压, 在第一组电极下的势阱变浅, 而第二组(2、5、8„„) 电极下形成深势阱, 信息电荷从第一组电极下面向第二组转移, 直到t3时刻, φ2为高压, φ1、φ3为低压, 信息电荷全部转移到第二组电极下面. 重复上述类似过程, 信息电荷可从φ2转移到φ3, 然后从φ3转移到φ1电极下的势阱中, 当三相时钟电压循环一个时钟周期时, 电荷包向右转移一级(一个像元), 依次类推, 信号电荷一直由电极1、2、3„„N 向右移, 直到输出
.
2．二相CCD 传输原理
CCD 中的电荷定向转移是靠势阱的非对称性实现的. 在三相CCD 中是靠时钟脉冲的时序控制, 来形成非对称势阱. 但采用不对称的电极结构也可以引进不对称势势阱, 从而变成二相驱动的CCD. 目前实用CCD 中多采用二相结构. 实现二相驱动的方案有:
阶梯氧化层电极
阶梯氧化层电极结构参见图3. 由图可见, 此结构中将一个电极分成二部分, 其左边部分电极下的氧化层比右边的厚, 则在同一电压下, 左边电极下的位阱浅, 自动起到了阻挡信号倒流的作用.
设置势垒注入区(图4)
对于给定的栅压, 位阱深度是掺杂浓度的函数. 掺杂浓度高, 则位阱浅. 采用离子注入技术使转移电极前沿下衬底浓度高于别处, 则该处位阱就较浅, 任何电荷包都将只向位阱的后沿方向移动
.
三．电荷读出
CCD 的信号电荷读出方法有两种:输出二极管电流法和浮置栅MOS 放大器电压法
.
图5(a)是在线列阵未端衬底上扩散形成输出二极管, 当二极管加反向偏置时, 在PN 结区产生耗尽层. 当信号电荷通过输出栅OG 转移到二极管耗尽区时, 将作为二极管的少数载流子而形成反向电流输出. 输出电流的大小与信息电荷大小
成正比, 并通过负载电阻RL 变为信号电压U0输出.
图5(b)是一种浮置栅MOS 放大器读取信息电荷的方法.MOS 放大器实际是一个源极跟随器, 其栅极由浮置扩散结收集到的信号电荷控制, 所以源极输出随信号电荷变化. 为了接收下一个“电荷包”的到来, 必须将浮置栅的电压恢复到初始状态, 故在MOS 输出管栅极上加一个MOS 复位管. 在复位管栅极上加复位脉冲φR, 使复位管开启, 将信号电荷抽走, 使浮置扩散结复位.
图5(c)为输出级原理电路, 由于采用硅栅工艺制作浮置栅输出管, 可使栅极等效电容C 很小. 如果电荷包的电荷为Q,A 点等效电容为C, 输出电压为U0,A 点的电位变化△U=－, 因而可以得到比较大的输出信号, 起到放大器的作用, 称为浮置栅MOS 放大器电压法.
带冷却CCD
现在有一种带冷却的摄像头, 为什么要冷却, 冷却后会有什么效果, 这种摄像头在病理科学中有什么应用, 对这些问题有所了解, 选择摄像头时就可以少一些盲点. 要理解冷却摄像头, 先要了解一些基本概念:
带冷却CCD 的工作原理如图所示:
CCD 的暗电流:
从原理上讲, 暗电流是电子做热运动引起的, 即使在没有入射光时, 电子也存在热运动, 也会被光敏元件所捕获(potential well),并作为光电信号输出. 理想的光敏元件其暗电流应该是零, 但是, 实际状况是每个像素中的光敏元件同时又充当了电容, 当电容器慢慢地释放电荷时, 就算没有入射光, 暗电流的电压也会与低亮度入射光的输出电压相当. 因此, 即使关闭镜头我们还是能从显示器上看到部分光亮的显示. 这种暗电流是随机的, 在一定的时间间隔内, 所产生的热电子数量符合POISSAN 分布, 并随温度的增高而增强. 暗电流是热噪声的主要来源, 可以通过冷却CCD 来控制, 温度每降低6摄氏度, 暗电流可以减少2个单位.
热像素:
由于CCD 的硅片纯度不是100%,因此, 部分像素就可能严重地受到暗电流的干扰, 会比其他大部分像素以快得多的速率(通常会达到100倍) 积聚暗电
流, 一个未带冷却的CCD, 拍摄黑暗的图像(关闭镜头, 无入射光), 经过几秒钟后, 就会出现满天星的黑夜图像. 使CCD 冷却也同样可以控制热像素所带来的噪声. 下图所示即为控制暗电流输出后, 未带冷却的CCD, 在无入射光线时, 经过1,5,10,50秒后分别拍摄的图像.
信噪比:
信噪比就是真值信号与噪声的比值,CCD 的噪声来源很多, 如热噪声(暗电流和热像素), 光子噪声, 读出噪声等等, 在信号强度较高时, 噪声被淹盖, 噪声对影像质量的影响并不明显, 但在光信号较弱的情况下, 如天文望远镜, 免疫荧光显微等, 噪声对图像质量的影响就比较大, 因此就要想办法提高信噪比.
CCD 本身无法判别电子来源于光子还是电子的热运动, 光线较弱需要较长的曝光时间时, 这就意味着" 像素的电子井"(pixel well)会捕获到更多的热运动电子, 产生更多的热像素, 噪声可能会淹没真值信号, 图像可能会变得无法识别. 要想获得清晰的图像, 就得抑制暗电流和热像素, 这就需要将CCD 冷却. 不同的冷却系统冷却效率不同, 有的只能冷却到-10或-20摄氏度. 采用珀尔帖冷却系统(Peltier elements)可以冷却到-40摄氏度, 这样可最大程度地减少暗电流, 扩展动态范围和提高灵敏度.