主頁（http://www.130131.com）：淺析溫度對(duì)CCD成像的影響

【中國集群通信網(wǎng)】信噪比(SNR)在數(shù)值上是指信號(hào)電壓對(duì)于雜訊電壓的比值，其物理意義是基于每個(gè)圖元所獲得的確定信號(hào)與不確定信號(hào)的相對(duì)大小;在要求精確圖像的應(yīng)用場(chǎng)合，高的信噪比就顯得尤其重要。

　　信噪比隨溫度升高而急劇降低

　　一般來說，CCD的主要噪音源有以下三種∶第一，光子射入器件轉(zhuǎn)換成光電荷所產(chǎn)生的雜訊;第二，光電荷轉(zhuǎn)移時(shí)，電荷量波動(dòng)產(chǎn)生的雜訊;第三，光電荷讀出時(shí)的雜訊。熱力學(xué)規(guī)律指出∶溫度越高，電子的平均動(dòng)能越大，光電荷的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)移和輸出過程中的不確定性越高，也即意味著CCD的雜訊越強(qiáng)。另外，愛因斯坦的光電理論闡述了光電子的發(fā)生與入射光子有關(guān)，而與溫度無關(guān)，也即意味著CCD的信號(hào)強(qiáng)度并不隨溫度的提高而增強(qiáng)。因此，CCD的信噪比隨溫度的升高而急劇降低。

　　暗電流對(duì)CCD成像品質(zhì)非常不利

　　暗電流(Dark Current)起因于熱激發(fā)產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)。在現(xiàn)實(shí)世界里，所有的圖像感測(cè)器都受暗電流的影響，原因是我們無法創(chuàng)造出一個(gè)溫度是開氏絕對(duì)零度的環(huán)境。對(duì)于半導(dǎo)體器件來說，只要其溫度不是開氏絕對(duì)零度，元器件內(nèi)部的電子-空穴對(duì)永遠(yuǎn)處于產(chǎn)生、遷移和湮滅的動(dòng)態(tài)平衡中。溫度越高，電子-空穴對(duì)產(chǎn)生和遷移的速率就越快，也即暗電流越大。應(yīng)當(dāng)指出，溫度的變化和暗電流的大小是非線性的，例如，溫度每降低 6℃，暗電流約減少一半。

　　暗電流計(jì)量單位是電子/圖元/秒。在通常溫度下，暗電流的數(shù)值是250-1000左右，每秒一個(gè)圖元產(chǎn)生1000個(gè)電子電量并不算大，但要知道，對(duì)一個(gè)512X512的CCD而言，其圖元的個(gè)數(shù)約為262,000，每秒要讀出的圖元約為6,553,600，所以說「暗流涌動(dòng)」并不夸張。暗電流對(duì)CCD的成像品質(zhì)非常不利，它同時(shí)限制了器件的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。

　　散熱裝置可防止CCD老化

　　有趣的是，CCD的信噪比不僅與溫度有關(guān)，而且與CCD器件的老化程度有關(guān)。通過對(duì)比可以看出，新的CCD器件有著較高的信噪比。高溫是加速電子器件老化的常見因素，這不能不說是溫度對(duì)CCD成像品質(zhì)的另一種長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響。為了降低環(huán)境溫度對(duì)CCD信噪比的影響，給CCD提供散熱裝置是有效的措施。

　　盡可能地降低CCD的溫度對(duì)于提高CCD的多項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)很有好處。尤其是在炎熱的夏季，如何給CCD「納涼」成為許多工程應(yīng)用場(chǎng)合一個(gè)令人關(guān)注的問題。在攝像機(jī)的全天候護(hù)罩內(nèi)加入風(fēng)扇是成熟的解決措施，但并不能直接降低CCD的溫度。