CCD и CMOS камеры для микроскопов

В этой статье мы с Вами рассмотрим плюсы и минусы каждого вида сенсоров.

CMOS матрицы (Complementary Metal Oxide Semiconductor)  - в переводе с английского обозначает, что они изготовлены на основе комплементарных металло-оксидных полупроводников. На ранних стадиях развития видеотехнологий CMOS-матрицы имели ряд существенных недостатков: они обладали высоким уровенем шума, остаточный заряд и большой ток утечки. По вышеописанным причинам CMOS-матрицы долгое время не использовались в профессиональной и специализированной аппаратуре.

CCD матрицы (Charge Coupled Device) - сделаны на основе ПЗС датчиков (прибор с зарядовой связью). История CCD-матриц известна еще с 1970-х годов, когда они широко применялись в видеокамерах и профессиональном оборудовании. Они служат для преобразования светового пучка, проходящего через объектив камеры, в электронный сигнал. Он в свою очередь преобразуется процессором видеоустройства в "цифру".

Какие камеры для микроскопов лучше использовать?

До недавнего времени ситуация на рынке видеоустройств, позволяющих обеспечивать вывод изображения с микроскопа была четко определена: видеоокуляры и камеры для микроскопов, которые использовали CCD-матрицы, обеспечивали более высокие значения при съемке динамичных и небольших объектов.  Их использовали для профессиональных исследований, требующих высокого качества изображения. Камеры на основе CMOS-датчиков  предназначались в основном для довольно бюджетных решений, для которых была важны конечная стоимость. CMOS чипы давали изображения недостающего качества, плохо работали в условиях низкой освещенности, в то время как CCD-матрицы давали и дают сейчас более низкий уровень шума, высокую контрастность и яркость изображений.

В контексте микроскопических исследований безусловно понятно, насколько важна возможность качественной съемки при низкой освещенности. Освещенность - вот одино из самых главных препядствий к использованию CMOS-датчиков.

Выводы о CCD и CMOS датчиках

Следует отметить, что прогресс не стоит на месте, за годы развития видеотехнологий накопленный опыт производства сенсоров позволил к настоящему времени значительно снизить постоянные и случайные шумы, которые напрямую влияют на качество изображения.

В ранних устройствах на базе CMOS-датчиков было и еще одно слабое мето - из-за слабой чувствительности сенсора при захвате динамического изображения появлялись искажения. Современные устройства удается спроектировать таким образом, чтобы избежать этих искажений. Можно сказать, что фактически уже 0,3 Мп камеры избавлены от этой проблемы. Захват изображения на таких устройствах возможен со скоростью 15-30 кадров/с без особых артефактов.

Подводя итог хочется сказать следующее: современные CCD и CMOS матрицы все сильнее сближаются, но, тем не менне CMOS-технологии зачастую не подходят высокоточных исследований.

И напоследок, рассмотрим плюсы и минусы CCD-сенсоров.

Преимущества CCD-матриц:

1. CCD матрицы обладают более низким уровнем шумов, по сравнению с CMOS матрицами.
2. Высокий коэффициент заполнения пикселов (близко к 100%).
3. Высокая эффективность, рассчитанная как отношение числа зарегистрированных фотонов к фотонам, попавшим на светочувствительную область матрицы, для CCD — 95%).
4. Высокая чувствительность, или динамический диапазон, как еще называют эту характеристику, что позволяетлучшие показатели при работе в условиях недостаточной освещенности.

Недостатки CCD-матриц:

1. Сложный принцип считывания сигнала, а следовательно и технология производства.
2. Высокое энергопотребление (до 2-5Вт).
3. Дороговизна - зачастую стоимотсь в разы выше простого билогического микроскопа.