奧林巴斯顯微鏡：CCD像素偏移技術(shù)

像素偏移技術(shù)是用來結(jié)合收集到的電荷由幾個(gè)相鄰的CCD像素時(shí)鐘方案，旨在降低噪聲和提高信號(hào)噪聲比和幀速率的數(shù)碼相機(jī)。由芯片上的的CCD時(shí)鐘定時(shí)電路，假定控制的串行和并行的移位寄存器的CCD模擬信號(hào)的放大前進(jìn)行了分塊的過程。

為了幫助說明像素偏移技術(shù)過程，請(qǐng)參閱圖1，檢討例如2×2分級(jí)。甲示意圖一個(gè)4×4并行移位寄存器的像素陣列，在圖1（a）所示，伴隨著四門的串行移位寄存器，加法像素或（也稱為一個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)）。照明光子影響CCD光電二極管，建立電子池的積累在每個(gè)像素中，在圖1（b）所示為一個(gè)群集并行移位寄存器在右上角的四個(gè)藍(lán)色陰影廣場(chǎng)。每個(gè)像素可容納的電子的數(shù)量被稱為阱的深度和范圍從約30,000至350,000，取決于CCD式樣。的CCD的動(dòng)態(tài)范圍是成正比阱的深度。入射光水平和曝光時(shí)間確定在每個(gè)photogate或像素站點(diǎn)收集的電子數(shù)。一個(gè)光照周期的CCD的曝光完成后，電子轉(zhuǎn)移通過并行和串行移位寄存器的輸出放大器，然后由模擬到數(shù)字（A / D）轉(zhuǎn)換器電路的數(shù)字化。離散化，可以使用提高對(duì)焦精度，減少了所需的時(shí)間進(jìn)行圖像采集，同時(shí)提供更高的靈敏度降低的離焦光的水平。

為了說明這個(gè)過程中，圖1（b）示出各集成電路的像素在并行寄存器步進(jìn)增量的一個(gè)柵極，得到圖1（c）中所示的布置。在這里，從兩個(gè)像素的電子保持在并行移位寄存器，而從其他兩個(gè)已轉(zhuǎn)移至串行移位寄存器。的另一個(gè)步驟（圖1（c）），在并行移位寄存器在串行寄存器（圖圖1（d）），填充相鄰柵極元件的其余電子轉(zhuǎn)移。最后的步驟涉及從串行寄存器的電荷轉(zhuǎn)移，兩個(gè)像素在同一時(shí)間，求和像素（圖圖1（d）及（e））。圖1（g）示出的4個(gè)像素的總電量在總結(jié)以及等待傳送到輸出放大器，信號(hào)將被轉(zhuǎn)換為電壓，然后轉(zhuǎn)移到其它集成電路進(jìn)一步放大和數(shù)字化。這個(gè)過程一直持續(xù)，直到整個(gè)陣列已被讀出。在這個(gè)例子中，4個(gè)相鄰的像素的區(qū)域的已結(jié)合成一個(gè)較大的像素，有時(shí)被稱為“ 超級(jí)像素。該signal-to-noise比已增加了四倍，但圖像的分辨率被削減了50％。

像素偏移數(shù)組的大小的控制由CCD時(shí)鐘，偏置電壓，和視頻處理信號(hào)的時(shí)序，并且通常用來調(diào)節(jié)到最大，可以包括幾乎整個(gè)CCD陣列的2×2像素。然而，在分級(jí)模式中，串行移位寄存器和輸出節(jié)點(diǎn)將積累了顯著較大的電荷比正常運(yùn)行，必須含有足夠的電子電荷量，以防止飽和。典型的CCD串行寄存器的兩倍的充電容量為并行寄存器，和輸出節(jié)點(diǎn)通常含有50 - 100％的充電容量比的移位寄存器。作為一個(gè)例子，柯達(dá)KAF全幀CCD圖像傳感器9微米像素的平行陣列，每個(gè)具有一個(gè)容量為12萬個(gè)電子。的KAF串行寄存器有兩倍的并行寄存器（24萬個(gè)電子）的電子的能力，而在輸出節(jié)點(diǎn)有一個(gè)容量為33萬個(gè)電子。

像素偏移技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是在低光照條件下以犧牲空間分辨率提高信號(hào)噪聲比。許多電荷包的求和時(shí)間讀出的噪聲電平，并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)等于使用了分塊的系數(shù)（在上面的例子4）改善。暗電流噪聲分級(jí)和不降低，可能只克服了低溫的冷卻CCD。離散化的各種應(yīng)用中是有用的，特別是在快速的通過時(shí)間（幀速率）是理想的犧牲分辨率。