尼康顯微鏡CCD有哪些組成？
數(shù)字照相機(jī)系統(tǒng)中，集成了多種電荷耦合器件（CCD）檢測(cè)器的配置，是**為止在現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡所采用的*常見的圖像捕獲技術(shù)。 直到*近，專門常規(guī)膠片照相機(jī)普遍用于記錄在顯微鏡下觀察的圖像。 這種傳統(tǒng)的方法，依靠的基于銀的照相膠片的光子的敏感性，涉及的光化學(xué)反應(yīng)位點(diǎn)的曝光膠片，它的化學(xué)處理（顯影之后才成為可見的膜乳劑層中形成潛像的臨時(shí)存儲(chǔ)）。
數(shù)碼相機(jī)的CCD的光子檢測(cè)器，一個(gè)薄的硅晶片分成數(shù)以千計(jì)的光敏感區(qū)域或一百萬(wàn)幾何規(guī)則排列替換敏化膜，在形式捕獲和存儲(chǔ)圖像信息的本地化是隨入射光強(qiáng)度的電荷。 與檢測(cè)器的每個(gè)畫面元件（像素）的相關(guān)聯(lián)的變量的電子信號(hào)被讀出，非常迅速地對(duì)相應(yīng)圖像的位置的強(qiáng)度值，和下面的值的數(shù)字化，圖像可以被重建并在計(jì)算機(jī)顯示器上顯示的幾乎瞬間。
專門用于光學(xué)顯微鏡設(shè)計(jì)的幾個(gè)數(shù)字相機(jī)系統(tǒng)示于圖1。 尼康數(shù)碼Eclipse的DXM1200提供高品質(zhì)的照片，逼真的數(shù)字化圖像的分辨率*大可達(dá)1200萬(wàn)像素，低噪音，***的色彩還原，靈敏度高。 該相機(jī)是由軟件，使顯微鏡有很大的自由度去收集，組織和糾正數(shù)字圖像控制。以每秒12幀的支持計(jì)算機(jī)屏幕上實(shí)時(shí)色彩監(jiān)控可以方便的圖像，可以保存三種格式可供選擇的重點(diǎn)：JPG，TIF，BMP和更大的靈活性。
在DS-5M-L1數(shù)碼瞄準(zhǔn)器相機(jī)系統(tǒng)（圖1）是尼康的創(chuàng)新數(shù)字成像顯微鏡，強(qiáng)調(diào)易用性和所有功能于一身的概念效率，結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)置的液晶顯示器在一個(gè)獨(dú)立的控制單元。 該系統(tǒng)優(yōu)化的高分辨率圖像可達(dá)5百萬(wàn)像素，通過(guò)簡(jiǎn)單的菜單和預(yù)編程的成像模式適用于不同的觀察方法捕獲。 獨(dú)立的設(shè)計(jì)提供了獨(dú)立的操作，包括圖像存儲(chǔ)到CF卡裝在控制/監(jiān)視單元的優(yōu)勢(shì)，但具有完整的網(wǎng)絡(luò)功能，如果需要的多功能性。 連接可以通過(guò)一個(gè)USB接口的PC，以及局部區(qū)域網(wǎng)絡(luò)或經(jīng)由以太網(wǎng)端口因特網(wǎng)。 網(wǎng)頁(yè)瀏覽器支持可用于實(shí)時(shí)圖像瀏覽和遠(yuǎn)程攝像機(jī)控制，攝像機(jī)控制單元支持HTTP，TELNET，F(xiàn)TP服務(wù)器/客戶端，DHCP是兼容的。 在圖1所示的攝像系統(tǒng)代表當(dāng)前可用于數(shù)字成像與光學(xué)顯微鏡的*技術(shù)。
也許數(shù)字圖像捕捉在光學(xué)顯微鏡的一個(gè)*顯著優(yōu)點(diǎn)，例舉由CCD照相機(jī)系統(tǒng)中，這樣的可能性，對(duì)顯微鏡立即確定是否期望的圖像已經(jīng)被成功地記錄。 這種能力是特別有價(jià)值考慮的許多成像的情況下，實(shí)驗(yàn)的復(fù)雜性和常常被認(rèn)為是研究過(guò)程的瞬態(tài)特性。 雖然在等效作用到該薄膜的電荷耦合器件檢測(cè)器的功能，它具有多個(gè)用于成像在許多應(yīng)用中優(yōu)于屬性。 科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)顯示出非凡的動(dòng)態(tài)范圍，空間分辨率，光譜帶寬和采集速度。 考慮到高感光度CCD一些系統(tǒng)中，約ISO 100,000將被要求出示的可比信號(hào)噪聲比（SNR）圖像的膠片速度等級(jí)的光收集效率。 當(dāng)前CCD的空間分辨率是類似的膜，而其光強(qiáng)分辨率大小的一個(gè)或兩個(gè)數(shù)量級(jí)比由膠片或攝影機(jī)取得較好的。 傳統(tǒng)的照相膠片不表現(xiàn)出靈敏度在波長(zhǎng)*過(guò)650納米的光的對(duì)比度，以高性能的CCD傳感器，它通常具有顯著量子效率到近紅外光譜區(qū)域。 CCD相機(jī)在寬范圍內(nèi)的光強(qiáng)度的線性響應(yīng)有助于優(yōu)異的性能，并給出了這種系統(tǒng)的定量能力，成像光譜儀。
的CCD成像器包括大量的布置在上一個(gè)薄的硅襯底上的二維陣列光感測(cè)元件。 硅的半導(dǎo)體特性使CCD芯片來(lái)捕獲和保持在適當(dāng)?shù)碾娖珘簵l件光子誘發(fā)的電荷載體。 各個(gè)畫面元素或像素，是在硅基質(zhì)由窄透明載流電極條帶，或門 ，沉積在芯片上的正交網(wǎng)格來(lái)定義。 CCD的基本光感測(cè)單元是一個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS）電容器操作為光電二極管和存儲(chǔ)設(shè)備。 這種類型的單個(gè)MOS器件示于圖2中，與反向偏置操作使負(fù)電荷的電子遷移至帶正電的柵電極下方的區(qū)域。 電子被光子相互作用解放被存儲(chǔ)在耗盡區(qū)到全井儲(chǔ)容量。 當(dāng)多個(gè)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)被組裝成一個(gè)完整的CCD，陣列中各個(gè)檢測(cè)元件被施加到表面電極上的電壓隔離在一個(gè)維度上，并且通過(guò)絕緣壁或通道電隔離的其在其他方向上的鄰居停止時(shí) ，內(nèi)硅襯底。
向入射的光子的CCD響應(yīng)通過(guò)吸收太多的能量，從而導(dǎo)致釋放電子，并在硅晶格中相應(yīng)的缺乏電子的位點(diǎn)（孔）的形成的光傳感光電二極管元件。 一個(gè)電子 - 空穴對(duì)從每個(gè)被吸收的光子產(chǎn)生的，并積聚在每個(gè)像素中產(chǎn)生的電荷是線性正比于入射光子的數(shù)量。 施加到每個(gè)像素的電極的外部電壓控制在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)累積的電荷的存儲(chǔ)和移動(dòng)。 首先，在傳感器陣列用作勢(shì)阱的每個(gè)像素，以收集過(guò)程中存儲(chǔ)的電荷，并且，雖然無(wú)論是帶負(fù)電荷的電子或帶正電的空穴可以積累（取決于CCD設(shè)計(jì)），由入射光產(chǎn)生的電荷的實(shí)體通常是被稱為光電子 。 本討論認(rèn)為電子是電荷載流子。 這些光電子能之前從芯片中讀取由相機(jī)電子裝置的成像過(guò)程中的一個(gè)階段進(jìn)行累加并存儲(chǔ)在長(zhǎng)的時(shí)期。
與設(shè)備的感光區(qū)域，收集和儲(chǔ)存所釋放電荷，電荷傳輸和電荷測(cè)量的電荷產(chǎn)生通過(guò)光子相互作用：圖像生成用CCD照相機(jī)可以分為四個(gè)主要階段或功能。 在*階段期間，電子和空穴在響應(yīng)于入射光子在MOS電容器結(jié)構(gòu)的耗盡區(qū)中產(chǎn)生，并釋放出電子遷移到相鄰的正偏壓的柵電極下方形成良好的電勢(shì)。 鋁或多晶硅表面的柵電極疊置的系統(tǒng)，但是是從，電荷攜帶被掩埋一層絕緣的二氧化硅置于所述柵極結(jié)構(gòu)和硅襯底之間的內(nèi)通道隔開。 多晶硅利用作為電極材料提供透明度入射波長(zhǎng)大于約400納米，并且增加了設(shè)備，可用于集光的表面面積的比例。在耗盡區(qū)中產(chǎn)生的電子*初收集到與每一像素相關(guān)聯(lián)的正電勢(shì)阱。 在讀出時(shí)，收集到的電荷隨后沿著施加到柵極結(jié)構(gòu)的電壓的影響下，傳輸通道移位。 圖3示出在電極結(jié)構(gòu)，其限定一個(gè)單獨(dú)的CCD傳感元件。
在一般情況下，所存儲(chǔ)的電荷是線性正比的光束入射在傳感器上的像素到井的能力;因而這滿阱容量（FWC）確定所用的像素被檢測(cè)的*大信號(hào)，并且是一個(gè)首要因素影響CCD的動(dòng)態(tài)范圍。 的CCD勢(shì)阱的電荷容量在很大程度上是各個(gè)像素的物理尺寸的函數(shù)。 自從首次引入商業(yè)上，CCD的通常被配置成與方形像素組裝成矩形區(qū)域陣列，以4:3是*常見的縱橫比。 圖4根據(jù)一個(gè)即涉及CCD大小，以攝像管的管徑歷史慣例呈現(xiàn)的幾種*常見的傳感器格式目前使用的典型的尺寸，其尺寸指定以英寸。
CCD格式
的矩形幾何形狀和CCD的常見尺寸從與光導(dǎo)攝象管筒攝像機(jī)早期的競(jìng)爭(zhēng)，這需要的固態(tài)傳感器，以產(chǎn)生一個(gè)電子信號(hào)輸出，符合現(xiàn)行視頻標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候造成的。 請(qǐng)注意，“英寸”的指定不直接向任何CCD的尺寸相對(duì)應(yīng)，但是表示掃描在相應(yīng)圓光導(dǎo)攝象管筒的矩形區(qū)域的大小。 一個(gè)指定的“1英寸”的CCD具有對(duì)角線16毫米和9.6×12.8毫米傳感器的尺寸，從1英寸光導(dǎo)攝象管筒具有25.4毫米的外徑和輸入窗口中大約為18毫米的被掃描區(qū)域而得直徑。 不幸的是，這種混亂的命名法已持續(xù)，經(jīng)常在參照CCD“類型”，而不是尺寸使用，甚至還包括分類的分?jǐn)?shù)和小數(shù)的術(shù)語(yǔ)，例如廣泛使用的1/1.8英寸的CCD是在中間的組合傳感器2英寸和3英寸設(shè)備之間的大小。
雖然消費(fèi)類相機(jī)繼續(xù)主要采用建造的“標(biāo)準(zhǔn)化”大小格式之一矩形傳感器，它正在成為越來(lái)越普遍的科學(xué)級(jí)相機(jī)把方形的傳感器陣列，更好地在顯微鏡投影的圓形圖像字段相匹配。 大范圍的傳感器陣列規(guī)模的生產(chǎn)，而單個(gè)像素的尺寸差別很大的不同性能參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 在共同的3英寸格式的CCD通常具有768×480或更二極管8.8×6.6毫米（11毫米對(duì)角線）和尺寸的陣列。 由對(duì)角線許多傳感器陣列表示的*大尺寸小于視典型顯微鏡場(chǎng)相當(dāng)小，并且導(dǎo)致在全視場(chǎng)的僅一部分的高度放大的視圖。 增加的放大倍率可以有利于在一些應(yīng)用中，但是，如果視場(chǎng)減小，是成像的障礙，縮圖式中間光學(xué)元件是必需的。 另一種方法是使用一個(gè)更大的CCD傳感器，更好的像場(chǎng)直徑，取值范圍為18至26毫米的典型顯微結(jié)構(gòu)相匹配的。
CCD的潛力，以及存儲(chǔ)容量的近似值可以通過(guò)乘以1000二極管（像素）區(qū)獲得。 許多消費(fèi)級(jí)3英寸的CCD，具有像素尺寸介乎7至13微米大小，都能夠從50,000到100,000的電子存儲(chǔ)。使用這種近似策略，用10×10微米尺寸的二極管將有一個(gè)全井產(chǎn)能約100,000電子。 對(duì)于一個(gè)給定的CCD的大小，設(shè)計(jì)選擇有關(guān)陣列中的像素的總數(shù)，并因此它們的尺寸，需要的空間分辨率和像素電荷容量之間的折衷。 在目前的消費(fèi)電子設(shè)備朝著*大化的像素?cái)?shù)和分辨率有一種趨勢(shì)，導(dǎo)致在非常小的二極管的尺寸，用一些較新的3英寸傳感器采用像素小于3微米大小。
專為科學(xué)成像的CCD都采用傳統(tǒng)的比那些面向消費(fèi)者（尤其是視頻速率）和工業(yè)應(yīng)用較大的光電二極管。 因?yàn)槿迦萘亢蛣?dòng)態(tài)范圍是二極管尺寸的直接功能，在慢掃描成像應(yīng)用中使用的科學(xué)級(jí)CCD具有通常采用二極管一樣大的25×25微米，以便*大限度地動(dòng)態(tài)范圍，靈敏度，以及信信噪比。 目前許多高性能科學(xué)級(jí)攝像機(jī)采用了已啟用使用具有更小的像素，這是能夠保持顯微鏡的光學(xué)分辨率，高幀率的大型陣列的設(shè)計(jì)改進(jìn)。 幾百萬(wàn)像素的這些改進(jìn)設(shè)計(jì)的大陣列可以提供對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的高清晰度圖像，并利用像素組合（下文討論）和可變速率讀出，必要時(shí)提供更大的像素更高的靈敏度。
CCD的陣列讀出的光電子
從在CCD每感元件之前存儲(chǔ)的電荷可被測(cè)量以確定該像素的光子通量，電荷必須首先被轉(zhuǎn)移到讀出節(jié)點(diǎn)，同時(shí)保持電荷包的完整性。 一種快速和有效的電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，以及快速讀出機(jī)構(gòu)，是至關(guān)重要的CCD作為攝像元件的功能。 當(dāng)大量的MOS電容被放置在靠近在一起以形成傳感器陣列，電荷在整個(gè)設(shè)備通過(guò)操縱上的圖案，導(dǎo)致電荷從一個(gè)電容到溢出到下一個(gè)，或從一排電容器柵極電壓移電容下。 電荷的硅內(nèi)的翻譯是有效地耦合于施加到上覆的電極結(jié)構(gòu)中，術(shù)語(yǔ)“電荷耦合”設(shè)備的基礎(chǔ)時(shí)鐘電壓模式。 對(duì)CCD*初被設(shè)想為一個(gè)存儲(chǔ)器陣列，并且意在充當(dāng)電子版磁泡裝置。 電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程方案滿足用于建立表示信息比特的物理量，并保持其完整性，直至讀出的存儲(chǔ)設(shè)備中的關(guān)鍵要求。 在用于成像的CCD中，信息位是由來(lái)自光子相互作用而得電荷的分組表示。 因?yàn)镃CD是一個(gè)串口設(shè)備，電荷包被讀出，一次一個(gè)。
在指定的時(shí)間間隔期間每個(gè)CCD光電二極管中累積的所存儲(chǔ)的電荷，被稱為積分時(shí)間或曝光時(shí)間 ，必須進(jìn)行測(cè)量，以確定在該二極管上的光子通量。 存儲(chǔ)的電荷的定量是由能夠提供每個(gè)傳感器元件的電荷包，在序列中，以一個(gè)單一的測(cè)量節(jié)點(diǎn)并行和串行傳輸?shù)慕M合來(lái)實(shí)現(xiàn)。所述電極網(wǎng)，或門結(jié)構(gòu) ，在傳感器元件相鄰的層建立到CCD，構(gòu)成移位寄存器的電荷轉(zhuǎn)移。基本電荷轉(zhuǎn)移的概念，使串行讀出從二維二極管陣列*初需要從成像面?zhèn)€別電荷包的整個(gè)陣列中，構(gòu)成并行寄存器 ，可以同時(shí)由一個(gè)單排增量移位傳送。 整個(gè)并行寄存器的電荷耦合移位移動(dòng)的距離*近的寄存器邊緣像素電荷的行成沿著被稱為串行寄存器的芯片的一個(gè)邊緣像素的一個(gè)專門單列。 它是從這一排的電荷包移動(dòng)順序來(lái)一個(gè)片上放大器進(jìn)行測(cè)量。 經(jīng)過(guò)串行寄存器被清空，它是由另一行移位的并行寄存器的重新填充，以及并行和串行移位的周期反復(fù)進(jìn)行，直到整個(gè)并行寄存器被清空。 一些CCD制造商利用條款的垂直和水平中所指的并行和串行寄存器，分別，盡管后者范圍與每個(gè)完成的功能更容易地相關(guān)聯(lián)。
一種廣泛使用的比喻在一個(gè)可視化的CCD串行讀出的概念，以幫助為水桶大隊(duì)的降雨測(cè)量，其中降雨強(qiáng)度下降桶陣列上可能會(huì)因地而異的相似入射光子放置在成像傳感器（請(qǐng)參閱圖5（a））。 并行寄存器是由水桶的數(shù)組，它在一個(gè)積分周期已收集各種量的信號(hào)（水）的表示。 在鏟斗中逐步的方式向著一排表示串行寄存器空水桶的輸送傳送帶上，并且其移動(dòng)的第二傳送裝置垂直取向的*個(gè)。 在圖5（b），桶整排被移出并行到串行寄存器的水庫(kù)。 串行移位和讀出操作被示于圖5（c），其中描繪了在每個(gè)桶中順序地被轉(zhuǎn)移到一個(gè)校準(zhǔn)的測(cè)量容器，類似于對(duì)CCD輸出放大器的累積雨水。 當(dāng)串行傳送的所有容器中的內(nèi)容已經(jīng)在序列測(cè)定，收集桶到串行寄存器容器的下一行的另一個(gè)平行移動(dòng)傳輸內(nèi)容，這個(gè)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，直到每個(gè)桶（像素）的內(nèi)容進(jìn)行了測(cè)量。
有許多設(shè)計(jì)，其中的MOS電容器可以被配置，并且其柵極電壓驅(qū)動(dòng)，以形成一個(gè)CCD成像陣列。 如前所述，柵電極被布置在條帶覆蓋在CCD面的整個(gè)成像面上。 *簡(jiǎn)單和*常用的電荷轉(zhuǎn)移配置是3相 CCD設(shè)計(jì)，其中每個(gè)光電二極管（像素）被分成三份與由柵電極限定三個(gè)平行的勢(shì)阱。 在這個(gè)設(shè)計(jì)中，每個(gè)第三柵極連接到相同的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器電路。 在CCD上的基本感元件，對(duì)應(yīng)于一個(gè)像素，包括三個(gè)柵極連接到三個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器，稱為相1，相2和相3的時(shí)鐘。 三個(gè)平行澆口的每個(gè)序列組成單個(gè)像素的寄存器，以及數(shù)以千計(jì)的像素覆蓋在CCD的成像面構(gòu)成該設(shè)備的并行寄存器。 一旦被困在一個(gè)勢(shì)阱中，電子穿過(guò)每個(gè)像素中的三個(gè)步驟，從而改變電荷包從一個(gè)像素行到下一個(gè)移動(dòng)。 的施加到平行（垂直）柵極結(jié)構(gòu)的交替的電極電壓的變化的序列動(dòng)勢(shì)阱，并根據(jù)并行移位寄存器的時(shí)鐘的控制下捕獲電子。
在三相傳輸中使用的一般定時(shí)計(jì)劃開始于一個(gè)電荷積分步驟，其中每?jī)蓚€(gè)像素中的三個(gè)平行的相位被設(shè)置為一個(gè)高的偏置值，產(chǎn)生高場(chǎng)區(qū)域相對(duì)于所述第三門，其被保持在低或零電位。例如，階段1和2可以指定收集階段 ，在較高的靜電勢(shì)相對(duì)舉行第3階段，它作為一個(gè)屏障相被收集在相鄰像素的高場(chǎng)階段單獨(dú)收費(fèi)。 下面的電荷積分，轉(zhuǎn)移只持有階段1門高電位，使該階段產(chǎn)生的電荷會(huì)收集那里開始，并在相位2和相位3階段產(chǎn)生的電荷，現(xiàn)在無(wú)論是在零電位，迅速擴(kuò)散進(jìn)入下階段1的勢(shì)阱。 圖3示出在電極結(jié)構(gòu)，其限定一個(gè)3相CCD的每個(gè)像素，并描繪了電子累積在井相關(guān)的相位-1電極，其被保持在正電壓（標(biāo)記為+ V）的電位。 電荷轉(zhuǎn)移的進(jìn)展與適當(dāng)定時(shí)的電壓施加到柵極，以使?jié)撛诘内搴蛣?shì)壘，以在每個(gè)像素的遷移順序。
在每次轉(zhuǎn)移步驟，耦合到遠(yuǎn)遠(yuǎn)*過(guò)電荷包的電壓為正時(shí)以及含電子為負(fù)或設(shè)為零（接地），從而迫使累積的電子向前進(jìn)到下一個(gè)階段。 而不是利用突然的電壓轉(zhuǎn)換的定時(shí)序列，在相鄰的相的施加電壓的變化是漸進(jìn)的和重疊，以確保*有效的電荷轉(zhuǎn)移。 到階段2的轉(zhuǎn)變是通過(guò)施加正電位，以相2門，相位1和相位2井之間散布收集的電荷，并且當(dāng)相位-1電位返回到地，整個(gè)電荷包被強(qiáng)制進(jìn)入第2階段。 的定時(shí)電壓轉(zhuǎn)換類似的序列，根據(jù)并行移位寄存器時(shí)鐘的控制，是用來(lái)充電的第二階段轉(zhuǎn)向第三階段，這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到一個(gè)完整的單像素移位已經(jīng)完成。一個(gè)三相時(shí)鐘周期應(yīng)用于整個(gè)并行寄存器的結(jié)果，在整個(gè)陣列的單排移。 在三相傳輸?shù)囊粋€(gè)重要因素是，一個(gè)勢(shì)壘總是相鄰像素的電荷包，這使得保持在整個(gè)圖像捕獲序列傳感器和顯示像素之間的1對(duì)1的對(duì)應(yīng)空間之間保持。
圖6示出操作的說(shuō)明只是用于電荷轉(zhuǎn)移在一個(gè)3相CCD，以及用于通過(guò)并行移位寄存器提供時(shí)鐘來(lái)完成的傳輸驅(qū)動(dòng)脈沖的定時(shí)序列的序列。 在該像素的該示意性的可視化，電荷被描繪從左到右由定時(shí)信號(hào)的同時(shí)減少對(duì)正偏置電極上的電壓（在定義的勢(shì)阱）并增加其上的電極向右側(cè)（圖6（被轉(zhuǎn)移a）和圖6（b））。 在過(guò)去的三個(gè)步驟（圖6（c））的，電荷被完全從一個(gè)柵電極轉(zhuǎn)移到下一個(gè)。 請(qǐng)注意，時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)脈沖的上升沿和下降沿相位定時(shí)，以便更有效地傳送電荷，以盡量減少電荷損失在換檔過(guò)程中的可能性稍微（未示出）重疊。
每個(gè)完整的并行傳輸，電荷從整個(gè)像素行的數(shù)據(jù)包移入串行寄存器在那里他們可以向輸出放大器被順序地移動(dòng)，如圖中的斗鏈?zhǔn)奖扔鳎▓D5（c））。 這個(gè)水平（串行）傳送利用相同的三相充電聯(lián)接機(jī)構(gòu)作為縱行移位，以通過(guò)從串行移位寄存器的時(shí)鐘信號(hào)提供的在這種情況下，定時(shí)控制。 后的所有像素被從串行寄存器，用于讀出傳輸時(shí)，并行寄存器時(shí)鐘提供的時(shí)間信號(hào)，用于俘獲光電子的下一行轉(zhuǎn)移到串行寄存器。 在串行寄存器中的每個(gè)電荷包將被傳遞到CCD的在那里被檢測(cè)和讀出由一個(gè)輸出放大器（有時(shí)被稱為芯片上的前置放大器），該電荷轉(zhuǎn)換為成比例的電壓輸出節(jié)點(diǎn)。 放大器的輸出電壓表示由連續(xù)的光電二極管所產(chǎn)生的信號(hào)幅度，作為讀出順序由左至右每行中和從頂行到底部的整個(gè)二維陣列。 在此階段的CCD輸出，因此，等效于在裝置的成像表面上積聚的電荷的光柵掃描的模擬電壓信號(hào)。
后輸出放大器滿足放大電荷包，并將其轉(zhuǎn)換為成比例的電壓的它的功能，該信號(hào)被發(fā)送到一個(gè)模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），該轉(zhuǎn)換的電壓值轉(zhuǎn)換成所必需的0和1的二進(jìn)制碼解釋由計(jì)算機(jī)。 每個(gè)像素被分配了ADC的對(duì)應(yīng)于信號(hào)幅度的數(shù)字值，在根據(jù)分辨率或位深度的大小的步驟。 例如，能夠12位分辨率ADC的分配每個(gè)像素的取值范圍為0?4095，相當(dāng)于4096可能的圖像灰度級(jí)（2的12次方等于4096數(shù)字化儀的步驟）。 每個(gè)灰度級(jí)的步驟被稱為一個(gè)模擬到數(shù)字的單元（ADU）。
當(dāng)前CCD成像系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性是顯著的考慮大量捕獲的數(shù)字圖像所需的操作，以及與該處理完成的精度和速度。 捕獲單個(gè)圖像與全幀CCD相機(jī)系統(tǒng)所需的事件順序可以總結(jié)如下：
相機(jī)快門打開，開始光電子的積累，同為電荷收集偏壓適當(dāng)?shù)臇艠O電極。
在積分周期結(jié)束時(shí)，快門閉合，在像素中累積的電荷被根據(jù)來(lái)自相機(jī)電子裝置的時(shí)鐘信號(hào)控制移位的行由行跨越并行寄存器。 的電荷包的行按順序從并行寄存器的一個(gè)邊緣傳送到串行移位寄存器。
充在串行寄存器像素的內(nèi)容傳送一個(gè)象素在一個(gè)時(shí)間到輸出節(jié)點(diǎn)由一個(gè)片上放大器，它可增強(qiáng)電子信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成模擬電壓輸出被讀取。
一個(gè)ADC，根據(jù)其電壓幅度分配給每個(gè)像素的數(shù)字值。
每個(gè)像素值被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中或在相機(jī)的幀緩沖器。
反復(fù)進(jìn)行串行讀出過(guò)程，直到并行寄存器的所有像素行被排空，這通常是1000個(gè)或更多行的高分辨率攝像機(jī)。
在內(nèi)存中的完整映像文件，這可能是幾兆大小，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上的視覺評(píng)估在一個(gè)合適的格式。
CCD被清除剩余電荷之前，在下曝光通過(guò)執(zhí)行完整的讀出周期以外的數(shù)字化步驟。
盡管大量執(zhí)行的操作的，*過(guò)百萬(wàn)像素可以轉(zhuǎn)移在整個(gè)芯片，分配一個(gè)灰度值具有12位的分辨率，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器中，并在不到一秒內(nèi)顯示。 用于讀取和圖像顯示一個(gè)典型的總時(shí)間的要求是約0.5秒一個(gè)100萬(wàn)像素的攝像頭在5 MHz的數(shù)字化速率運(yùn)行。 電荷轉(zhuǎn)移效率也可以是非常高的對(duì)冷卻-CCD攝像機(jī)，與發(fā)生的電荷的損失*小，即使有成千上萬(wàn)所需的是*遠(yuǎn)離輸出放大器陣列的區(qū)域中的像素轉(zhuǎn)移。
CCD圖像傳感器架構(gòu)
CCD結(jié)構(gòu)的三個(gè)基本變化是在成像系統(tǒng)中常見的用途： 全畫幅 ， 幀傳輸和隔行傳輸 （見圖7）。 全幀的CCD，如在讀出過(guò)程中的先前描述的簡(jiǎn)稱，具有近100％的其表面為光敏的優(yōu)勢(shì)，與像素之間幾乎沒有死空間。 成像表面必須的CCD讀出期間防止入射光，并且因?yàn)檫@個(gè)原因，機(jī)電快門通常采用用于控制曝光。 充電用的快門開啟積累隨后被轉(zhuǎn)讓并讀出后，快門是關(guān)閉的，并且因?yàn)椴荒芡瑫r(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)步驟中，圖像的幀速率是由機(jī)械快門速度，電荷的傳輸速率，并讀出步驟的限制。 雖然全屏設(shè)備具有CCD類型的*大感光面積，它們是*有用的具有高場(chǎng)景內(nèi)動(dòng)態(tài)范圍的樣本，并且在應(yīng)用中不要求小于約一秒鐘的時(shí)間分辨率。 當(dāng)在一個(gè)子陣列模式（在其中充分像素陣列的簡(jiǎn)化部分被讀出），以加快讀出操作時(shí)，*快的幀速率可以是每秒10幀，受限于機(jī)械快門的順序。
幀轉(zhuǎn)移CCD可能會(huì)在比全畫幅設(shè)備更快的幀速率運(yùn)行，因?yàn)槠毓夂妥x出可以在時(shí)機(jī)不同程度的重疊同時(shí)發(fā)生。 它們類似于在并行寄存器的結(jié)構(gòu)全屏設(shè)備，但有一半的矩形像素陣列的所覆蓋的不透明掩模，并且被用作用于由未屏蔽的光敏感部分收集的光電子的存儲(chǔ)緩沖器。 下面的圖像曝光，電荷在感光像素中累積的迅速移動(dòng)到像素上的芯片的存儲(chǔ)端，通常在約1毫秒。因?yàn)榇鎯?chǔ)的像素是由鋁或類似的不透明涂層，在該部分中的傳感器的存儲(chǔ)的電荷的保護(hù)，光照射，可以系統(tǒng)地讀出以較慢的，更有效的速率，而下一個(gè)圖像同時(shí)被暴露的感光側(cè)該芯片。一種照相機(jī)快門是沒有必要的，因?yàn)樾枰獜膱D像區(qū)域的電荷轉(zhuǎn)移到該芯片的存儲(chǔ)區(qū)域中的時(shí)間是所需的典型的曝光時(shí)間只有一小部分。 因?yàn)槔脦D(zhuǎn)移的CCD攝像機(jī)可以連續(xù)地以高的幀速率，而機(jī)械快門操作時(shí)，它們適合于通過(guò)諸如染料比率成像，其中，高空間分辨率和動(dòng)態(tài)范圍是重要的研究快速動(dòng)力學(xué)過(guò)程。 該傳感器類型的一個(gè)缺點(diǎn)是，只有一半的CCD的表面積被用于成像，因此，一個(gè)更大的芯片相比，需要為具有同等大小的成像陣列的全屏裝置，加入到成本和物理攝像頭設(shè)計(jì)施加約束。
在隔行傳輸CCD設(shè)計(jì)，主動(dòng)成像像素，蒙面存儲(chǔ)傳輸像素交替在整個(gè)并行寄存器陣列的列。因?yàn)殡姾赊D(zhuǎn)移通道位于緊靠每個(gè)感光像素列中，存儲(chǔ)的電荷必須只錯(cuò)開一列到傳送通道。 此單傳送步驟可以在小于1毫秒，之后，在存儲(chǔ)陣列中讀出由一系列平行移動(dòng)到串行寄存器，而圖像陣列被暴露的下一個(gè)圖像來(lái)進(jìn)行。 的隔行傳輸體系結(jié)構(gòu)允許極短的積分時(shí)間，通過(guò)電子控制曝光間隔，并在發(fā)生一個(gè)機(jī)械快門，該陣列可通過(guò)丟棄積累的電荷而不是將其轉(zhuǎn)移到傳輸通道中呈現(xiàn)有效的光不敏感。 雖然隔行傳輸傳感器允許照亮對(duì)象的視頻速率讀出和高質(zhì)量的圖像，從縮小的動(dòng)態(tài)范圍，分辨率和靈敏度，由于其約75％的CCD表面的被占用的事實(shí)出現(xiàn)早期設(shè)備的基本形式由存儲(chǔ)傳輸信道。
雖然早期的隔行傳輸CCD的，如在視頻攝錄一體機(jī)使用，提供了高讀出速度和快速的幀速率沒有百葉窗的必要性，他們沒有提供足夠的性能在顯微鏡弱光高分辨率應(yīng)用。 除了在歸屬于成像和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)移的區(qū)域的交替列的光靈敏度的降低，快速讀出率導(dǎo)致較高的相機(jī)讀取噪聲和早期隔行轉(zhuǎn)移成像減小動(dòng)態(tài)范圍。 在傳感器的設(shè)計(jì)和相機(jī)電子的改善，徹底改變了局面，以致目前的隔行設(shè)備進(jìn)行數(shù)碼顯微相機(jī)，包括那些用于光線昏暗的場(chǎng)合，如拍攝低濃度的熒光分子提供***的性能。 貼壁微透鏡 ，在CCD表面對(duì)齊，以支付對(duì)圖像和存儲(chǔ)的像素，收集光線，通常會(huì)被丟在了蒙面像素，它專注于感光像素（見圖8）。 通過(guò)結(jié)合小的像素尺寸與微透鏡技術(shù)，隔行傳感器能夠提供的空間分辨率和光收集效率堪比全畫幅和幀轉(zhuǎn)移CCD的。 利用片上微透鏡隔行傳感器的有效感光面積增大的表面面積的75-90％的。
在CCD的結(jié)構(gòu)結(jié)合微透鏡的一個(gè)額外的好處是，該傳感器的光譜靈敏度可以擴(kuò)展成藍(lán)色和紫外波長(zhǎng)區(qū)域，對(duì)于較短波長(zhǎng)的應(yīng)用，如使用的綠色熒光蛋白流行熒光技術(shù)（GFP）提供增強(qiáng)的效用和興奮紫外線染料。 為了增加整個(gè)可見光譜量子效率，*近的高性能芯片結(jié)合的材料，如銦錫氧化物構(gòu)成的柵極結(jié)構(gòu)，其具有在藍(lán)綠光譜區(qū)域高得多的透明性。 這種非吸收柵結(jié)構(gòu)導(dǎo)致量子效率值接近80％的綠燈。
降低動(dòng)態(tài)范圍隔行傳輸CCD的過(guò)去限制已經(jīng)在很大程度上被克服了改進(jìn)的電子技術(shù)，降低了攝像頭讀取噪聲的大約一半。 因?yàn)樾虚gCCD的有效像素尺寸是大約三分之一是可比的全幀的設(shè)備，全井容量（像素面積的函數(shù)）也同樣降低。 此前，這個(gè)因素，再加上比較高的攝像頭讀取噪聲，導(dǎo)致信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍不足以支撐*過(guò)8位或10位數(shù)字化。 高性能隔行掃描相機(jī)現(xiàn)在讀出噪聲值低至4至6個(gè)電子操作，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)等效于12位相機(jī)采用全畫幅的CCD范圍性能。 在芯片設(shè)計(jì)因素，如時(shí)鐘方案，并在相機(jī)電子其他改進(jìn)，已經(jīng)啟用了增加讀出速率。 隔行傳輸CCD的，目前已使12位萬(wàn)像素的圖像在20兆赫率，全畫幅相機(jī)的約4倍，可比的數(shù)組大小的比率被收購(gòu)。 其它的技術(shù)改進(jìn)，包括半導(dǎo)體組合物的改進(jìn)，在某些隔行傳輸CCD的摻入改善量子效率在光譜的近紅外部分。
CCD探測(cè)器成像性能
該修改的圖像采集的讀出階段幾個(gè)照相機(jī)的操作參數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響。 *科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)的讀出速率可調(diào)，通常介乎約0.1 MHz到10MHz或20MHz。 可達(dá)到的*大速率是ADC和其它相機(jī)電子裝置，它反映了數(shù)字化的單個(gè)象素所需的時(shí)間的處理速度的函數(shù)。 應(yīng)用旨在跟蹤快速動(dòng)力學(xué)過(guò)程需要快速讀出和幀速率，以達(dá)到足夠的時(shí)間分辨率，并且在某些情況下，每秒或更高的30幀的視頻速率是必要的。 的各種噪聲成分，它們總是存在于電子圖像不幸的是，讀噪聲是一個(gè)主要來(lái)源，高讀出率增加的噪聲水平。 只要不要求*高的時(shí)間分辨率，那生產(chǎn)低像素強(qiáng)度值標(biāo)本更好的圖像可以以較低的讀出速率，這*大限度地減少噪音，保持足夠的信號(hào)與噪聲的比值來(lái)獲得。 當(dāng)動(dòng)態(tài)過(guò)程需要快速成像的幀速率，正常的CCD讀出序列可以被修改，以減少處理的電荷包的數(shù)量，從而使每秒幾百幀的采集速率在某些情況下。 此增加的幀速率可以通過(guò)在CCD讀出和/或通過(guò)讀出所述檢測(cè)器陣列的僅僅一部分，如下所述合成的像素來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在光學(xué)顯微鏡中使用的大多數(shù)CCD攝像機(jī)系統(tǒng)的圖像采集軟件允許用戶定義一個(gè)較小的子集，或子陣列 ，以被指定為圖像捕獲和顯示的整個(gè)像素陣列。 通過(guò)選擇用于處理的圖像場(chǎng)的減小部分，未選擇的像素被丟棄，而不被數(shù)字化的ADC，和讀出速度也相應(yīng)地增加。 根據(jù)所用的照相機(jī)的控制軟件，一個(gè)子陣列可從預(yù)先定義的數(shù)組大小選擇，或交互地指定為感興趣使用計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)和顯示器的顯示區(qū)域 。 子陣列的讀出技術(shù)通常用于獲取時(shí)間推移的圖像序列，以便產(chǎn)生更小，更容易管理的圖像文件。
從相鄰像素CCD陣列中積累的電荷數(shù)據(jù)包可以在讀出期間被組合以形成superpixels數(shù)量的減少。 這個(gè)過(guò)程被稱為像素組合，并且在并行寄存器由定時(shí)兩個(gè)或更多個(gè)行移位到串行寄存器之前執(zhí)行串行移位和讀出的順序執(zhí)行。 像素合并過(guò)程是通過(guò)定時(shí)多個(gè)移位到讀出節(jié)點(diǎn)之前的電荷通過(guò)輸出放大器的讀出通常是重復(fù)的串行寄存器。 的并行和串行移位的任意組合可以被組合，但通常的像素的對(duì)稱矩陣組合以形成各自單個(gè)*像素（參見圖9）。 作為一個(gè)例子，3×3像素合并由*初執(zhí)行的行3個(gè)平行轉(zhuǎn)移到串行寄存器（之前的串行傳輸），在這一點(diǎn)上在串行寄存器每個(gè)像素包含3個(gè)像素，這是在鄰居的總電量完成相鄰平行的行。 接著，3個(gè)串行移位的步驟中執(zhí)行到輸出節(jié)點(diǎn)的電荷被測(cè)量之前。 所得到的電荷包被處理為一個(gè)單一的像素，但包含9個(gè)物理像素（3×3*像素）合并的光電子內(nèi)容。 雖然分級(jí)降低的空間分辨率，程序往往允許的情況下，使成像不可能有正常的CCD讀出的圖像采集。 它允許更高的幀速率的圖像序列，如果采集速率是由相機(jī)的讀周期，以及提供改進(jìn)的信號(hào)與噪聲的比值為等效的曝光時(shí)間限制。 其它優(yōu)點(diǎn)包括更短的曝光時(shí)間，以產(chǎn)生相同的圖像亮度（活細(xì)胞成像非常重要的），和更小的圖像文件的大小，從而降低了計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)需求，并加速圖像處理。
第三照相機(jī)采集的因素，這可能會(huì)影響圖象的質(zhì)量，因?yàn)樗淖兞薈CD讀出的過(guò)程中，是照相機(jī)系統(tǒng)的電子增益 。 一個(gè)數(shù)字CCD相機(jī)系統(tǒng)的增益調(diào)整限定的累計(jì)光電子確定由讀出電子區(qū)分每個(gè)灰度級(jí)的步驟的數(shù)目，通常是施加在模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換步驟。 在電子增益的增加對(duì)應(yīng)于所按灰度級(jí)（電子/ ADU）分配的光電子數(shù)的減少，并允許在給定的信號(hào)電平被劃分成灰度電平的步驟的數(shù)量較多。 注意，這不同于施加到光電倍增管或光導(dǎo)攝象管管，其中，所述變化的信號(hào)是由一個(gè)固定的乘法因子放大增益的調(diào)整。 雖然電子增益調(diào)整確實(shí)提供了一個(gè)方法來(lái)擴(kuò)大一個(gè)有限的信號(hào)幅度，以所希望的大量的灰度級(jí)，如果是過(guò)度使用的，小數(shù)目的電子來(lái)區(qū)分相鄰的灰度級(jí)可導(dǎo)致數(shù)字化誤差。 高增益設(shè)置可能會(huì)導(dǎo)致噪聲由于不準(zhǔn)確的數(shù)字化，它顯示為顆粒狀的*終圖像。 如果在曝光時(shí)間的減少是需要，增加電子增益將使維持一個(gè)固定的大量的灰度級(jí)的步驟，盡管減少了信號(hào)電平的，所提供的所施加的增益不產(chǎn)生過(guò)度的圖像劣化。 作為施加到一個(gè)恒定的信號(hào)電平來(lái)分配每個(gè)ADU（灰度級(jí)），8個(gè)電子的初始增益設(shè)置不同的增益因子的影響，例如，決定了由8000的電子的像素信號(hào)會(huì)在1000灰度級(jí)進(jìn)行顯示。 通過(guò)應(yīng)用一個(gè)4倍的增益因子的基設(shè)置提高增益，每個(gè)灰度級(jí)的電子的數(shù)目減少到2（2個(gè)電子/ ADU），和4000的灰度級(jí)是由數(shù)字化電子電路區(qū)別開來(lái)。
數(shù)字圖像質(zhì)量可以在其對(duì)部分由CCD設(shè)計(jì)確定4量化的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)價(jià)，但是這也反映了先前描述的相機(jī)操作變量直接影響CCD探測(cè)器的成像性能的實(shí)施。 主圖像的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和效果總結(jié)如下：
空間分辨率：確定捕捉到細(xì)微的細(xì)節(jié)標(biāo)本沒有像素是可見的圖像的能力。
光強(qiáng)度分辨率：定義動(dòng)態(tài)范圍或灰度級(jí)是可區(qū)分所顯示的圖像的數(shù)目。
時(shí)間分辨率：采樣（幀）速率決定跟隨活體標(biāo)本運(yùn)動(dòng)或快速動(dòng)力學(xué)過(guò)程的能力。
訊噪比：確定樣本信號(hào)相對(duì)的能見度和清晰度，圖像背景。
在顯微鏡的成像，它是常見的，并非所有的重要的圖像質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，可以同時(shí)優(yōu)化在一個(gè)單一的圖像，或圖像序列。 獲得由特定樣品或?qū)嶒?yàn)所施加的限制范圍內(nèi)*好的圖像通常需要的標(biāo)準(zhǔn)之間的妥協(xié)上市，這往往產(chǎn)生矛盾的要求。 例如，捕捉現(xiàn)場(chǎng)熒光標(biāo)記標(biāo)本的時(shí)間推移順序可能需要降低總的曝光時(shí)間，以減少光漂白和光毒性。 幾種方法可用于實(shí)現(xiàn)此目的，雖然每個(gè)涉及的成像性能的某些方面的降低。 如果試樣是不經(jīng)常暴露在外，時(shí)間分辨率降低;施加像素組合，以允許更短的曝光降低空間分辨率，以及增加電子增益妥協(xié)的動(dòng)態(tài)范圍和信號(hào) - 噪聲比。 不同的情況下往往需要完全不同的成像基本原理以獲得*佳效果。 相反，在前面的例子中，為了*大限度地提高動(dòng)態(tài)范圍中的樣品，需要很短的曝光時(shí)間的單個(gè)圖像，分級(jí)的應(yīng)用程序或增益增加可能完成的目標(biāo)而不在圖像上顯著負(fù)面影響。 進(jìn)行高效的數(shù)字成像需要的顯微鏡是完全熟悉關(guān)鍵的圖像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并平衡攝像頭采集參數(shù)的實(shí)際問(wèn)題，以*大限度地提高*顯著的因素在特定情況下。
少數(shù)的CCD性能的因素和攝像頭操作參數(shù)主宰的數(shù)字顯微鏡圖像質(zhì)量的主要方面，其效果重疊在很大程度上。 因素，這些因素中的實(shí)際的CCD相機(jī)中使用的上下文*顯著，并在下面的章節(jié)中進(jìn)一步討論，包括檢測(cè)器的噪聲源和信號(hào) - 噪聲比，幀速率和時(shí)間分辨率，像素大小和空間分辨率，光譜范圍和量子效率和動(dòng)態(tài)范圍。
CCD攝像頭噪聲源
攝像機(jī)的靈敏度，在*小可檢測(cè)信號(hào)的計(jì)算，是由兩個(gè)光子統(tǒng)計(jì)（打擊）的噪聲和在CCD上產(chǎn)生的電子噪聲。 一個(gè)保守的估計(jì)是，信號(hào)可以只由附帶的噪聲，如果它*過(guò)了約2.7（2.7 SNR）的一個(gè)因子的噪聲來(lái)區(qū)別。 這在理論上可以得到一個(gè)給定的SNR值中的*小信號(hào)是由光子通量，與信號(hào)相關(guān)聯(lián)，即使在理想的無(wú)噪聲檢測(cè)器的固有噪聲源的隨機(jī)變化來(lái)確定。 此光子統(tǒng)計(jì)噪聲等于信號(hào)的光子數(shù)的平方根，并且因?yàn)樗荒鼙幌浯_定可達(dá)到的*大信噪比為一個(gè)無(wú)噪聲檢測(cè)器。 因此，信號(hào)/噪聲比由信號(hào)電平，S，由信號(hào)（S（1/2））的平方根除以給定的，并且等于S的平方根。 如果需要從噪聲判別信號(hào)為2.7的SNR值，8個(gè)光子的信號(hào)電平是*小理論上可檢測(cè)的光束。
在實(shí)踐中，其它噪聲分量，這是不與試樣光子信號(hào)相關(guān)聯(lián)的，由CCD和相機(jī)系統(tǒng)的電子貢獻(xiàn)，并添加到該固有光子統(tǒng)計(jì)噪聲。 一旦積累在收集井，從噪聲源所產(chǎn)生的電荷不能從光子衍生的信號(hào)區(qū)別開來(lái)。 大多數(shù)系統(tǒng)噪聲的結(jié)果從讀出放大器的噪聲和熱電子的產(chǎn)生在檢測(cè)器芯片中的硅。 熱噪聲是由于動(dòng)能在釋放電子或空穴，即使該設(shè)備是在完全黑暗的，并隨后積聚在勢(shì)阱中的CCD基板的硅原子的振動(dòng)。 由于這個(gè)原因，噪聲被稱為暗噪聲 ，并表示在指定時(shí)間間隔期間中的暗電荷積累的幅度的不確定性。 生成的暗電荷的速率，稱為暗電流 ，是無(wú)關(guān)的光子誘導(dǎo)的信號(hào)，但是高度依賴于溫度。 在相似的光子噪聲，暗噪聲如下的統(tǒng)計(jì)（平方根）的關(guān)系，以暗電流，因此不能簡(jiǎn)單地從信號(hào)中減去。 冷卻CCD數(shù)量級(jí)為每20度攝氏溫度下降的順序降低暗電荷累積，并且高性能的攝像機(jī)在使用過(guò)程中通常被冷卻。 冷卻甚至到0度是非常有利的，并且在-30度時(shí)，暗噪聲減少到忽略不計(jì)的值幾乎任何顯微鏡應(yīng)用。
提供了CCD冷卻，剩下的主要的電子噪聲分量被讀出噪聲 ，轉(zhuǎn)換電荷載體轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)的過(guò)程中，與芯片上的前置放大器主要原。 雖然讀出噪聲均勻地添加到該檢測(cè)器的每一個(gè)像素，其大小不能精確確定的，而是僅由一個(gè)平均值近似，在電子每像素（根均方或有效值）為單位。 一些類型的讀出放大器的噪聲是頻率相關(guān)的，并且在一般情況下，讀出與測(cè)量的每個(gè)像素中的電荷的速度噪音增大。 在高速讀取和幀速率噪聲的增加是部分在更高的像素時(shí)鐘速率所需的更大的放大器帶寬的結(jié)果。 冷卻CCD減少讀出放大器的噪聲在一定程度上，雖然沒有以一個(gè)很小的水平。 一些設(shè)計(jì)改進(jìn)在當(dāng)前的高性能攝像系統(tǒng)，大大降低讀出噪聲的意義被納入，但是。 一種策略是實(shí)現(xiàn)高的讀出及幀速率不增加噪聲到CCD電分成兩個(gè)或多個(gè)段，以便在平行寄存器朝向位于該芯片的相對(duì)的邊或角的多個(gè)輸出放大器轉(zhuǎn)移電荷。 這個(gè)過(guò)程允許電荷從該陣列在一個(gè)更大的整體速度讀出，而不過(guò)度地增加各個(gè)放大器的讀出速率（和噪聲）。
冷卻的CCD，以便減少暗噪聲提供了改進(jìn)該裝置的電荷轉(zhuǎn)移效率（CTE）的附加 優(yōu)點(diǎn)。 這個(gè)性能因素已變得越來(lái)越重要，因?yàn)樵谠S多當(dāng)前的CCD成像器中使用的大的像素陣列的尺寸，以及所需的快速動(dòng)態(tài)過(guò)程的調(diào)查更快的讀出速率。 帶有電荷分組的每個(gè)移沿傳輸通道中的CCD讀出過(guò)程中，一小部分可以被留下。 而在每個(gè)像素單獨(dú)傳輸損耗是微乎其微的，在大多數(shù)情況下，需要大量的轉(zhuǎn)移，特別是在像素的傳感器，可導(dǎo)致對(duì)像素顯著損失在從CCD讀出放大器（S）的*大距離，除非該電荷轉(zhuǎn)移效率是極高。 的不完整的電荷轉(zhuǎn)移的發(fā)生可導(dǎo)致圖像模糊，由于電荷從相鄰像素的混合。 另外，累積的電荷損失在每個(gè)像素轉(zhuǎn)移，特別是與大型陣列，可能導(dǎo)致圖像的陰影 ，在該圖像*遠(yuǎn)離CCD輸出放大器的區(qū)域顯得較鄰近該串行寄存器的調(diào)光器的現(xiàn)象。 在冷卻的CCD電荷轉(zhuǎn)移效率值可以是0.9999或更大，而熱膨脹系數(shù)這一高通常是可以忽略的圖像效果，值大于0.999下都可能產(chǎn)生陰影。
硬件和軟件的方法可用來(lái)補(bǔ)償圖像的灰度陰影。 一個(gè)軟件校正是通過(guò)捕獲均勻強(qiáng)度的字段中，然后由成像系統(tǒng)用于生成可應(yīng)用于后續(xù)的試樣圖像，以消除不均勻性由于著色的像素由像素校正地圖的圖像來(lái)實(shí)現(xiàn)。 軟件校正技術(shù)一般是令人滿意的，不需要比約10-20％的局部強(qiáng)度的更大的校正因子的系統(tǒng)。 較大的修正，高達(dá)約五倍，可以通過(guò)硬件方法，通過(guò)增益因子個(gè)別像素行調(diào)整處理。 所要求的增益調(diào)整是通過(guò)抽樣的信號(hào)強(qiáng)度在位于圖像區(qū)域以外的每一個(gè)像素行的末尾5或6掩蔽的參考像素來(lái)確定。 從參考像素的列的并行寄存器邊緣而獲得的電壓值作為電荷傳輸損耗的控制，并產(chǎn)生校正因子施加到在讀出期間從該行中得到的電壓，即各像素行。 校正因子是大一些傳感器，如從在視頻速率相機(jī)和噪音水平輸出放大器遙遠(yuǎn)的地區(qū)的區(qū)域可以大大提高這些圖像區(qū)域。 雖然硬件校正處理去除陰影的影響，但沒有明顯的信號(hào)降低，但應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，所得到的信號(hào) - 噪聲比是不均勻的，在整個(gè)圖像。
在CCD圖像傳感器的空間分辨率和時(shí)間分辨率
在許多應(yīng)用中，能夠提供高時(shí)間分辨率的圖像捕獲系統(tǒng)是一個(gè)主要的要求。 例如，如果一個(gè)正在研究過(guò)程的動(dòng)力學(xué)就必須視訊率成像在中等分辨率，能夠提供***的分辨率的攝像頭，沒有好處然而，如果它只是提供了性能慢掃描速率，并進(jìn)行輕微或不是所有的高幀率。 全屏慢掃描相機(jī)不以視頻速率提供高的分辨率，需要每幀約一秒鐘為一個(gè)大的像素陣列，這取決于電子設(shè)備的數(shù)字化率。 如果樣品信號(hào)的亮度是足夠高的，以允許（10毫秒的量級(jí)）短的曝光時(shí)間，使用分級(jí)和子陣列的選擇使得有可能獲得約每秒10幀在降低分辨率和幀大小與具有機(jī)電快門的相機(jī)。 更快的幀速率通常需要使用的隔行傳輸或幀傳輸相機(jī)，它不需要遮板，通常也可以在更高的數(shù)字化速率運(yùn)行。 *新一代的這種設(shè)計(jì)的高性能攝像機(jī)可以在附近的視頻速率捕捉全畫幅的12位圖像。
CCD成像系統(tǒng)中的現(xiàn)已優(yōu)良的空間分辨率直接耦合到像素的大小，并因該已允許CCD的像素要作出越來(lái)越小的同時(shí)保持了成像器的其它性能特征的技術(shù)改進(jìn)不斷改善。 在比較典型的薄膜晶粒尺寸（約10微米），在生物顯微鏡采用多CCD相機(jī)的像素是較小的，并提供足夠多分辨率再加上該項(xiàng)目比較大，半徑衍射（艾里）常用的高倍率物鏡時(shí)磁盤到CCD表面。 隔行傳輸科學(xué)級(jí)CCD相機(jī)，現(xiàn)已有像素小于5微米更小，使它們適合于高分辨率成像，即使使用低倍物鏡。 的探測(cè)器元件尺寸相關(guān)的光學(xué)分辨率標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系是在選擇數(shù)碼相機(jī)，如果光學(xué)系統(tǒng)的空間分辨率要被保持的一個(gè)重要的考慮因素。
奈奎斯特采樣準(zhǔn)則通常是用來(lái)確定對(duì)于顯微鏡光學(xué)系統(tǒng)的分辨能力檢測(cè)器像素大小是否足夠。奈奎斯特定理規(guī)定，由光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生*小的衍射圓盤半徑必須由成像陣列中的至少兩個(gè)像素，以保持光學(xué)分辨率和避免混疊采樣。 作為一個(gè)例子，考慮具有6.8×6.8微米，再加上100倍，1.3數(shù)值孔徑的物鏡，其產(chǎn)生在探測(cè)器平面的26微米（半徑）的衍射點(diǎn)的像素尺寸的CCD。 優(yōu)異的分辨率是可能與此探測(cè)器目標(biāo)組合，因?yàn)檠苌鋱A盤半徑覆蓋所述檢測(cè)器陣列上的約4像素跨度（26 / 6.8 = 3.8象素），或者近兩倍的奈奎斯特極限的標(biāo)準(zhǔn)。 在這個(gè)采樣頻率，足夠的保證金是可用的奈奎斯特準(zhǔn)則幾乎是滿意，甚至帶有2 x 2像素組合。
圖像傳感器的量子效率
檢測(cè)器的量子效率（QE）是具有特定波長(zhǎng)的光子將在該設(shè)備以使解放的電荷載流子的有效區(qū)域被捕獲的可能性的度量。 該參數(shù)表示一個(gè)CCD成像器的效能在產(chǎn)生電荷從入射的光子，并因此*小可檢測(cè)信號(hào)的照相機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)重要的決定因素，在執(zhí)行低亮度電平的成像時(shí)尤為如此。 如果一個(gè)光子永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)半導(dǎo)體耗盡層，或者如果它完全穿過(guò)沒有顯著的能量轉(zhuǎn)移。無(wú)電荷產(chǎn)生 光子和檢測(cè)器之間的相互作用的性質(zhì)取決于光子的能量與相應(yīng)的波長(zhǎng)，并直接關(guān)系到檢測(cè)器的光譜靈敏度范圍 。 雖然傳統(tǒng)的前照式CCD探測(cè)器是高度敏感的，高效的，無(wú)有100％量子效率在任何波長(zhǎng)。
通常采用在熒光顯微鏡圖像傳感器可以檢測(cè)光子的400-1100納米的光譜范圍內(nèi)，具有峰值靈敏度通常在550-800納米的范圍內(nèi)。 *大量子效率值只有約40％-50％，但在*新設(shè)計(jì)的，它可以達(dá)到80％的效率。 圖10示出了一些流行的CCD中繪出的量子效率為入射光波長(zhǎng)的函數(shù)的曲線圖的光譜敏感性。 在科學(xué)成像中使用的大多數(shù)的CCD是隔行轉(zhuǎn)移型，因?yàn)樾虚g口罩嚴(yán)重限制了感光表面區(qū)域，許多舊版本的表現(xiàn)出非常低的QE值。 同的表面上的微透鏡技術(shù)，以引導(dǎo)更多入射光傳輸信道之間的光敏區(qū)域的出現(xiàn)，新的隔行掃描傳感器是更加有效和許多有60-70％的量子效率的值。
傳感器的光譜范圍和量子效率得到進(jìn)一步提高在紫外，可見光和近紅外波長(zhǎng)區(qū)域通過(guò)在幾個(gè)高性能的CCD的各種附加的設(shè)計(jì)策略。 因?yàn)殇X表面?zhèn)鬏旈T吸收或反射大部分的藍(lán)色和紫外波長(zhǎng)，許多較新的設(shè)計(jì)采用其他材料，如銦錫氧化物，以提高傳輸和量子效率在較寬的光譜范圍。 甚至更高的量子效率值可以與專門的薄型背照式CCD上，被構(gòu)造成允許從照明后側(cè)，避免了表面電極結(jié)構(gòu)完全獲得。 要做到這一點(diǎn)，大部分的硅基板的被蝕刻除去，并且，雖然所得到的器件是微妙的和相對(duì)昂貴的，約90％的量子效率可以定期地得以實(shí)現(xiàn)。
其他表面處理以及建筑材料可用于獲得額外的頻譜范圍的好處。 在紫外波長(zhǎng)區(qū)域薄型背照式CCD的性能是通過(guò)專門的防反射涂層的應(yīng)用增強(qiáng)。 改性的半導(dǎo)體材料用于一些探測(cè)器，以提高量子效率在近紅外。 靈敏度外常規(guī)前照式CCD的正常光譜的波長(zhǎng)范圍內(nèi)可以通過(guò)的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的熒光體的應(yīng)用，以檢測(cè)人臉來(lái)實(shí)現(xiàn)。 磷光體用于此目的，我們選擇吸收的光子能量在感興趣的光譜區(qū)和CCD的分光靈敏度區(qū)域內(nèi)發(fā)光。 作為這種策略的一個(gè)例子，如果所關(guān)注的標(biāo)本或熒光團(tuán)，在300納米（其中任何的CCD的靈敏度是*小的）發(fā)出的光，轉(zhuǎn)換磷光體，可以在檢測(cè)器的表面，有效地吸收在300納米和發(fā)射560納米雇，CCD的峰值靈敏度范圍內(nèi)。
動(dòng)態(tài)范圍
簡(jiǎn)稱為CCD探測(cè)器的動(dòng)態(tài)范圍的術(shù)語(yǔ)表示的*大信號(hào)強(qiáng)度的變化，可以由傳感器來(lái)定量。 量進(jìn)行了數(shù)值指定被大多數(shù)CCD攝像機(jī)的制造商，作為像素的全阱容量（FWC）的讀出噪聲的比值，用的理由，這個(gè)值表示只是在像素飽和等級(jí)的限制條件，其中intrascene亮度范圍從區(qū)域到那些幾乎失去了在噪聲區(qū)域。 在傳感器的動(dòng)態(tài)范圍確定的分辨灰度級(jí)的步驟在其中檢測(cè)到的信號(hào)可以被劃分的*大數(shù)量。 為了充分利用一個(gè)CCD的動(dòng)態(tài)范圍，它是適當(dāng)?shù)哪M - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的比特深度相匹配，以便使盡可能多的灰度步驟盡可能歧視的動(dòng)態(tài)范圍。 例如，對(duì)于一個(gè)16,000電子FWC和10個(gè)電子讀出噪聲相機(jī)，擁有1600的動(dòng)態(tài)范圍，在10和11位A / D轉(zhuǎn)換支持。 模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的位深度的10和11是能夠鑒別1024和2048的灰度級(jí)，分別為。如前所述，因?yàn)橛?jì)算機(jī)位只能假設(shè)有兩個(gè)可能狀態(tài)中的一個(gè)，可以由數(shù)字處理器（ADC），被編碼的強(qiáng)度步驟的數(shù)量反映了其分辨率（位深度），并且等于2升高到值的位深度的規(guī)范。 因此，8，10，12，和14-bit處理器可以*多256，1024，4096或16384級(jí)灰度編碼。
指定的動(dòng)態(tài)范圍為滿阱容量來(lái)讀取噪聲的比率不一定是有用的動(dòng)態(tài)范圍的現(xiàn)實(shí)的措施，但是，用于比較傳感器有價(jià)值。 在實(shí)踐中，有用的動(dòng)態(tài)范圍較小，因?yàn)閮烧逤CD響應(yīng)變得非線性全阱容量達(dá)到*大時(shí)，由于信號(hào)電平等于讀出噪音是不可接受的視覺和幾乎沒用定量的目的之前。 注意，*大動(dòng)態(tài)范圍不等于*大可能的信號(hào) - 噪聲比，雖然信噪比也是滿阱容量的函數(shù)。 以*大可能的信號(hào)，或FWC相關(guān)聯(lián)的光子統(tǒng)計(jì)噪聲，是FWC值，或126的電子的平方根，為16000電子FWC的前面的例子。 因此，*大信號(hào) - 噪聲比等于*大的信號(hào)通過(guò)噪聲（16000/126）分割，或126，信號(hào)本身的平方根。 光子噪聲是*低的固有噪聲電平，并且兩個(gè)檢測(cè)到的散射光線和電子（系統(tǒng)）的噪聲降低，可以實(shí)現(xiàn)在實(shí)踐中低于126的值的*大SNR，因?yàn)檫@些來(lái)源中加入電荷未被信號(hào)降低有效FWC到孔中。
雖然制造商可能通常裝備具有大約4000的動(dòng)態(tài)范圍，例如，用一個(gè)12位的ADC（4096個(gè)數(shù)字化步驟）的照相機(jī)中，一些因素是在考慮傳感器的動(dòng)態(tài)范圍和處理器的數(shù)字化能力之間的匹配相關(guān)。 對(duì)于一些*新的隔行傳輸CCD相機(jī)，提供12位數(shù)字化，動(dòng)態(tài)范圍從FWC確定并讀取噪聲大約2000，這通常不會(huì)需要12位處理。 然而，許多當(dāng)前的設(shè)計(jì)包括在0.5倍的增益設(shè)置一個(gè)選項(xiàng)，允許12位分辨率充分利用。 這種策略利用了這一事實(shí)，該串行寄存器的像素被設(shè)計(jì)成具有平行寄存器像素的兩倍的電子容量的優(yōu)點(diǎn)，并且當(dāng)照相機(jī)在2×2像素合并模式（在熒光顯微鏡中常見）被操作時(shí)，12位的高質(zhì)量的圖像可以獲得。
要注意，其中的電子增益可以被操縱，以利用可用的比特深度處理器的各種機(jī)制是很重要的，并且當(dāng)被比較的不同的攝像機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，*好的方法是從像素的全計(jì)算值阱容量和攝像頭讀取噪聲。 它是經(jīng)?？梢钥吹脚鋫溆芯哂斜人蟮恼障鄼C(jī)所固有的動(dòng)態(tài)范圍高得多的分辨率數(shù)字化處理電子照相系統(tǒng)。 在這種系統(tǒng)中，操作在常規(guī)1X電子增益設(shè)置在一個(gè)潛在的大量未使用的處理器灰度級(jí)的結(jié)果。 這是可能的相機(jī)制造商應(yīng)用的2至4倍未指定的增益因子，它可能不是很明顯給用戶，并且，雖然這種做法不放大信號(hào)，以利用全比特深度的ADC，它產(chǎn)生的增加的數(shù)字化噪聲作為構(gòu)成每個(gè)灰度級(jí)的步驟的電子數(shù)目被減少。
對(duì)于需要高比特深度CCD攝像機(jī)可能鑒于這一事實(shí)顯示設(shè)備，如電腦顯示器和打印機(jī)的許多僅使用8位處理，提供256級(jí)灰度，和其他印刷媒體，以及人的眼睛可能有疑問(wèn)只提供5-7位的歧視。 盡管這樣低的視覺需求，高比特深度，高動(dòng)態(tài)范圍相機(jī)系統(tǒng)總是有利的，并且出于某些應(yīng)用中，特別是在熒光顯微鏡。 當(dāng)處理比例或定量調(diào)查動(dòng)力學(xué)成像數(shù)據(jù)，更大的灰度級(jí)的數(shù)目允許的光強(qiáng)度，以更準(zhǔn)確地確定。 此外，當(dāng)正在執(zhí)行的多個(gè)圖像處理操作，即更精確地分解成多個(gè)灰度電平的步驟的圖像數(shù)據(jù)可經(jīng)受更大程度的數(shù)學(xué)運(yùn)算，而不表現(xiàn)出退化的算術(shù)舍入入誤差的結(jié)果。
當(dāng)選擇了用于顯示所捕獲的圖像的一部分的高比特成像系統(tǒng)的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)，并且感興趣區(qū)域橫跨整個(gè)圖像的動(dòng)態(tài)范圍的僅一部分。 為了優(yōu)化有限的動(dòng)態(tài)范圍的代表性，灰度級(jí)的原來(lái)的號(hào)碼通常是擴(kuò)展到占據(jù)所有256級(jí)8位顯示器或打印。 較高的相機(jī)的位深度的結(jié)果在一個(gè)不那么極端的擴(kuò)張，并相應(yīng)減少圖像劣化。 作為一個(gè)例子，如果選擇的圖像區(qū)域橫跨只有5％的全部intrascene的動(dòng)態(tài)范圍，這代表了4096以上200灰度級(jí)由一個(gè)12位的處理器識(shí)別，但只有12具有一個(gè)8位（256級(jí)）的步驟制度。 當(dāng)在256級(jí)顯示器，或印上顯示，在12級(jí)的圖像擴(kuò)大到這個(gè)程度會(huì)出現(xiàn)像素化，并表現(xiàn)出塊狀或輪廓亮度步驟，而不是平滑的色調(diào)層次。
彩色CCD圖像傳感器
雖然CCD的不是固有的顏色敏感，三種不同的策略是通常使用的，以捕獲樣品中的顯微鏡的視覺外觀，以產(chǎn)生彩色圖像的CCD攝像系統(tǒng)。 在顯示和打印彩色圖像早些時(shí)候技術(shù)上的困難都不再是問(wèn)題，并且通過(guò)顏色提供增加的信息可以十分重大。 許多應(yīng)用中，如熒光顯微鏡，染色的組織學(xué)和病理學(xué)的組織切片，并用明場(chǎng)或微分干涉對(duì)比技術(shù)的其它標(biāo)記的試樣的觀察研究依賴于顏色作為基本圖像分量。 收購(gòu)的彩色圖像用CCD照相機(jī)需要紅色，綠色，和藍(lán)色波長(zhǎng)通過(guò)彩色濾光片，后天分離分開，并隨后組合成一個(gè)復(fù)合的彩色圖像。
用來(lái)實(shí)現(xiàn)顏色辨別每種方法都有優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，以及所有強(qiáng)加的約束，限制速度，降低時(shí)間和空間分辨率，降低動(dòng)態(tài)范圍，并增加彩色攝像機(jī)的噪聲相比，灰度攝像頭。 *常見的方法是將毛毯CCD像素陣列的紅色，綠色和藍(lán)色（RGB）的微透鏡排列在一個(gè)特定的模式，通常是拜耳鑲嵌圖案的過(guò)濾器以交替的掩模。 或者，用三芯片設(shè)計(jì)中，圖像被分成一個(gè)分光棱鏡和彩色濾光片為三個(gè)（RGB）分量，它被捕獲，獨(dú)立的CCD，并重新組合成一個(gè)彩色圖像的輸出。 第三種方法是，采用一個(gè)單一的CCD由開關(guān)放置在照明路徑中或在成像器的正面的顏色過(guò)濾器來(lái)順序地捕獲的單獨(dú)圖像的每個(gè)顏色的幀順序方法。
該單芯片CCD與附著的彩色濾波器陣列是用在大多數(shù)彩色顯微攝像頭。 濾波器陣列由施加在各個(gè)像素中的規(guī)則圖案的紅色，綠色和藍(lán)色的微透鏡。 拜耳馬賽克過(guò)濾器在四個(gè)像素傳感器單元，包括一個(gè)紅色，一個(gè)藍(lán)色，兩個(gè)過(guò)濾綠色的顏色分布信息。 綠色強(qiáng)調(diào)的分布格局以更好地符合人的視覺靈敏度，并劃分為四個(gè)像素組中的顏色信息，僅略有降低分辨率。 人類視覺系統(tǒng)獲取的空間信息主要來(lái)自彩色信號(hào)的亮度分量，并且該信息被保留在每個(gè)像素不管顏色。 視覺上滿意的圖像是由具有高分辨率單色結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)相結(jié)合的低空間分辨率的顏色信息來(lái)實(shí)現(xiàn)。
單CCD彩色攝像機(jī)的**設(shè)計(jì)通過(guò)稍微移動(dòng)順序拍攝的圖像之間的CCD，然后它們之間內(nèi)插（被稱為像素移位的技術(shù)）可以改善空間分辨率，但圖像的獲取由這個(gè)過(guò)程相當(dāng)慢。 另一種方法中，以單個(gè)像素掩蔽是快速光子收集期間緊接在CCD表面移動(dòng)的彩色微透鏡陣列在一個(gè)方形圖案。 *后，*近推出的技術(shù)結(jié)合了三種光電子井到每個(gè)像素在不同深度的光子的波長(zhǎng)的歧視。 *大空間分辨率被保持在這些策略，因?yàn)槊總€(gè)像素提供了紅色，綠色和藍(lán)色的顏色信息。
三芯片彩色攝像機(jī)結(jié)合了高空間分辨率快速圖像采集，讓高幀率適合快速的圖像序列和視頻輸出。 通過(guò)采用一個(gè)分束器，以指示信號(hào)至3過(guò)濾CCD上，分別同時(shí)記錄的紅色，綠色和藍(lán)色圖像成分，非常高的捕捉速度是可能的。 然而，因?yàn)楣鈴?qiáng)度傳遞到每個(gè)CCD實(shí)質(zhì)上降低，合并彩色圖像比給定的一個(gè)可比曝光單色單芯片圖像更暗。 增益可被應(yīng)用于彩色圖象，以增加它的亮度，但信號(hào) - 噪聲比患有和圖像呈現(xiàn)更大的表觀噪聲。 由3板式照相機(jī)獲得的空間分辨率可以比單個(gè)的CCD傳感器的更高，如果每個(gè)CCD是由相對(duì)于其他子像素偏移量。 由于紅色，綠色和藍(lán)色的圖像表示稍有不同的樣品，它們可以通過(guò)將相機(jī)軟件進(jìn)行組合，以產(chǎn)生更高分辨率的合成圖像。 許多顯微鏡和要求高的空間，并從使用三CCD相機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間分辨率效益等科學(xué)應(yīng)用。
彩色攝像機(jī)被稱為幀順序都配備了電動(dòng)濾光輪或液晶可調(diào)諧濾波器（LCTF），以順序地露出紅色，綠色和藍(lán)色成分的圖像到一個(gè)單一的CCD。 因?yàn)橄嗤膫鞲衅饔糜趩为?dú)的紅色，綠色和藍(lán)色的圖像，該芯片的充分的空間分辨率被保持，并且是自動(dòng)獲得的圖像配準(zhǔn)。 相繼收購(gòu)三個(gè)框架減慢圖像采集和顯示的過(guò)程中，和適當(dāng)?shù)纳势胶馔枰煌姆e分時(shí)間為三種顏色。 雖然這種類型的相機(jī)通常不適合于高幀率采集，利用快速響應(yīng)的液晶可調(diào)諧濾波器用于RGB測(cè)序可以提高操作速度大致。 LCTFs的偏振靈敏度，必須在某些應(yīng)用中被考慮，因?yàn)樗鼈冎粋魉鸵粋€(gè)偏振向量，并可能改變?cè)谄窆庀掠^察雙折射樣品的顏色。