CCD摄像机最低照度浅析

ｃｃｄ中使用，可较好地改善低照度性能。

d. 致冷ｃｃｄ

虽然ｃｃｄ暗电流噪波或者说热噪波和固定图案噪波在常温下并不重要，但随着温度升高，其影响不可忽视。通常温度升高10℃，暗电流增加一倍。在ｃｃｄ芯片上采用特有的电子冷却器，可使芯片的工作温度降低１５℃左右。当芯片的温度超过３５℃时，这种电子冷却器开始工作，以使ｓ/ｎ维持不变，这对室外恶劣环境下作业的ｅｎｇ很有效。

１、ｃｃｄ信号读出

采用双象素读出技术，ｄｐｒ（double pixel readout）将两个ｃｃｄ象素的电荷（电平）加在一起，从而输出一个两倍电平的图像信号。这样，可在不加大噪波电平的同时实现图像信号＋６db的提高。

２、 电路处理

a.黑压缩

我们知道，γ系数对于低照度下信号(0.1~0.3v)影响很大，特别是噪波。采用黑压缩，可以减小γ值，相对来说减小了噪波。

b.黑切割

通过切割低照度下的黑电平，可以明显减小噪波。

c.减小带宽

低照度下一般都伴随着高增益。为了减小噪波，减小带宽，或者说降低清晰度是常采用的。常用的方法是采用数字降噪技术；比较视频场，其间差别不大，予以平均可提高ｓ/ｎ；其缺点是产生滞后(lag)。也可以对一个场内象素间进行比较平均，但这样分辨力降低。

上面已经谈到，最低照度值受多个条件制约，在一般条件下最低照度值可以由摄像机灵敏度推出：如某一摄像机的灵敏度为f8、2,000 lux(0db)，它等效于f1.4、62.5 lux(0db)，或f1.4 、7.8 lux(+18db)。其原理是每减小一档光圈，2,000 lux就减小一倍；增益每增加＋６db，2,000 lux也减小一倍。因此在１００％信号输出情况下该摄像机最低照度为7.8 lux，７０％信号幅度输出情况下其最低照度为3.2 lux。

推算过程：f8→f1.4，经过５档光圈（f8、f5.6、f4、f2.8、f1.4），那么2,000 lux也应被２5除，即2,000 lux/25=62.5 lux。

增益0db→18db (6db×3)照度62.5 lux/2 3=7.8 lux。

如果摄像机ｓ/ｎ为６０db（条件：增益0db，γoff），那么在增益＋１８db下，ｓ/ｎ减小＋１８db，为４２db（γoff）。但最低照度是在γ=0.45情况下测得的，所以这时ｓ/ｎ下降到３６db。如不采取任何降噪措施，在增益＝＋３０db时，ｓ/ｎ将只有24db，严重影响图像质量，这也是为什么在高增益下必然要采取相应的降噪措施以提高ｓ/ｎ的原因。

考虑到目前在低照度情况下为提高ｓ/ｎ而采取的上述措施，我们列出这种情况下的最低照度以及ｓ/ｎ的估计值：

最低照度＝2,000/2[fs/fmin]×2[g/6]×nbin×nf lux

ｓ/ｎ（最低照度）≦s／ｎ（0db）－ｇ＋１０×log10(nbin×nf) db

其中：fs为标准状态下测量的灵敏度光圈数，fmin为最低照度下的光圈数(即摄像机的最大光圈)，ｇ为最低照度下增益值，nbin表示ｃｃｄ读出时几行并读数，nf为几场积分(降噪)。

假如fs=f8，fmin=f1.4，s/n (0db)=60db，g=24db，nbin=2，nf=1，则：

最低照度＝２ lux

ｓ/ｎ(最低照度)≦３９db

之所以取≦，是因为考虑光子噪波，一般应降低3~5db。如果在计算最低照度时ｇ取３０db，其他条件如上所述，那么计算结果为１ lux。

如上所述，由于最低照度至今还没有国际标准，所以摄像机生产厂家在摄像机最低照度指标说明中常给出一些附加条件，如sony公司生产的ｄｘｃ－６３７：最低照度为１ lux，附加条件是＋３０db，ｄｐｒ ｏｎ，f1.7；日立公司生产的z－1800，最低照度为1.5 lux，附加条件是f1.8，增益为＋24db，ultragain（超增益）on。

作为一名电视技术人员，甚至摄像机使用人员，对摄像机最低照度要有一个全面的了解，不要只知其一，不知其二。在使用过程中，一定要搞清楚所使摄像机最低照度的使用方法，有无为提高低照度s／n而设置的开关。我们是否可从下面的一段叙述中得到启发呢？

1996年4月＜世界广播电视＞发表了谭乐水的一篇文章"从使用松下ｆ５６５所想到的……"，其中有一段是这样的："尽管ｆ５６５有许许多多优点是我赞叹不已的，但是当我编片时，还是让我产生两点遗憾：一是打开１８db增益开关，在低照度条件下拍摄时，同其他摄像机相比杂波改善不大；二是色彩不够饱和。此时正值松下电器公司在云南电视台召开展示会，会上我向松下电器公司的工程师们提出了我们的遗憾。没想到，当时就得到了圆满的解决。由于我的错误，使得ｆ５６５最卓越的两个功

能被我这个看不懂英文说明书的人给抹杀了。ｆ５６５有一个图像噪声抑制开关，开关一开，杂波立刻