来宝网 2014/1/2点击2043次
信噪比、动态范围是评价科研CCD相机的最重要的参数，而在整个相机系统中CCD芯片、A/D芯片及制冷系统则是影响两大指标的核心部件。
目前市场上应用于极弱暗场成像的CCD芯片主要是Sony ICX 285及Koda 4021等芯片，各家的竞争主要集中在对芯片的理解；同样，制冷效果对科研CCD信噪比有不小的影响，这也是研发能力的重要一点，制冷系统也有很多文章提及，这里不多赘述。
在国内大量的技术文章中， 关于A/D这一重要参数的指标，却鲜少有人提及。
下面首先讲下A/D数模转换精度在科研CCD中发挥的重要作用及机理。
CCD感光元件的核心是感光二极管，接受光照之后，感光元件产生对应的电流，电流大小与光强对应，因此CCD直接输出的电信号是模拟的，所以在CCD之后必须再用一个A/D（模拟/数字）转换器件，把模拟信号转换成数字信号，以完成图像的数字化。可以说A/D芯片是科研相机一个必经的也是非常重要的转换接口。
A/D转换器的数位越多,意味着采样精度就越高，D/A还原后的信号失真就越小，影像的层次就越丰富。科研级显微镜CCD都采用14bit和16bit，使其在色彩效果和低亮度环境下拍摄的效果更胜一筹。
实际上，A/D转换位数(bit)直接影响到成像质量与灵敏度。
A/D转换位数对信噪比的影响 （极弱暗场效果）
科研显微镜相机通过AD进行模拟数字信号转换，所以信噪比由AD芯片的位数来决定，
关于A/D的信噪比计算公式是
其中SNOB 即为A/D的有效位（bit）。
例如AD的信噪比是80db，理论上来说，其ad位数即为（80-1.76）/6.02 = 12.99
也就是从理论上来说，只有高性能的A/D芯片，才能最大限度发挥CCD感光芯片的性能，这也是为何不少国内相机和国外相机采用同样的CCD芯片而成像效果有差距的一个重要原因。（莱卡、蔡司等专业科研CCD均配14位A/D数模转换芯片）
A/D转换位数对动态范围的影响（图像质量）
动态范围主要是由图像传感器决定的。其中饱和曝光量指的是图像传感器达到最大的饱和容量时的曝光量，即无论再怎样增加曝光也无法接受更多的电子了。当CCD开始工作，光线进入感应器时，光子被转换成电荷，电荷在形成后立即被放大成一定伏数的电压，使A/D转换器能够识别并处理这些电荷信号。A/D转换器按电压的不同，把这些电荷信号按不连续的明亮程度分类，并用二进制0和1的不同组合表示这些类别。
简单的说，宽动态范围的AD能够完美的呈现亮部到暗部的层次。
若位数为1bit，A/D转换器便将明亮程度分成0－黑，和1－白；
若位数为2bit，A/D转换器表示的明亮程度分4种（2的2次方），即00－黑、11－白，和介于纯黑纯白之间的01与10；
以此类推:
12bit的A/D转换器，最多能分别表示4096（2的12次方）种不同的明亮程度。
14bit的A/D转换器，最多能分别表示16384（2的14次方）种不同的明亮程度。
A/D转换位数越高，就表示灰度或色彩数量越多，影像的层次就越丰富，这是评价科研CCD相机性能的重要指标。
目前，显微镜相机的A/D转换位有8位、10位、12位、14位和16位，普通显微/数码CCD/CMOS相机一般为8位~12位，顶级的单反数码相机都是14位，科研级显微镜数码相机一般为14位和16位。 A/D转换位数是数码相机成像质量和性能上的一项重要的技术指标。A/D转换位数不能无限的提高，因为每提高1位数都产生很大的数字信息量，这给芯片的计算和存储都带来了巨大的工作量，而且会影响到各种速度，在技术上有相当的难度。因此位数越高，相机的成像质量和灵敏度也越高，相应的相机价格也越高。
（注：2010年，美国德州半导体技术公司（TI）工程师曾表示，鉴于位数是A/D精度的重要指标，一些国家的有关部门规定12位以上A/D的出口需受审查，以防用于敏感领域）
具体到科研CCD领域，A/D数模转换精度是几乎每个产品型号中都必提的一个重要参数，而国内这一领域找类似的参数对比介绍却很少，具体到各家公司，重点讲这一技术参数（瓶颈）的也很少，主要源于一直以来国内主流科研相机厂商限于技术瓶颈，几乎都采用12bit 的AD数模转换芯片，在科研成像领域，采用再好的芯片，A/D这一瓶颈无法突破的话，也是没有多少意义的。
国内有技术实力采用14bit A/D芯片研发科研级显微镜CCD相机的主要是广州微著信息科技有限公司的高灵敏度科研级系列（UCB系列）显微镜CCD相机，在采用进口专业ICX285、694等高端芯片的同时，配以14bit的数模转换，能最大限度发挥高端CCD芯片的价值，进而实现优异的信噪比及图像品质。
综合来说，从选择科研级CCD的角度来说，要想获得优异的图像质量，更出众的噪声表现，最佳的选择是选择高A/D(14bit甚至16bit)转换的显微镜CCD相机。
