ＣＣＤカメラに関する基礎知識 - ひろしの隠れ家

• CCDカメラに共通する基礎知識
• CCDカメラに共通する基礎知識。ホログラフィ班に限らず追記大歓迎

得られるデータとノイズ [#zf85b527]

• 一般のCCDカメラで得られる信号は以下の成分に分解される

CCDimage = Signal + ThermalNoise + DarkImage

• • 参考:N. Krstajic et al. Phys. Med. Biol. 52(2007) 3693-3717
• 以下では、上式の三項に関して説明する

Signal [#w1832503]

• 得たい信号。この成分だけ得られるのが理想

TermalNoise [#r3315c33]

• CCDチップ上の自由電子による温度ノイズ。測定面全体に影響
• ランダムかつ高速に変動するため、補償することは不可能。
• 回避策としては

1. 1. CCDを冷やす(冷却型CCDカメラ)状態で撮影
   2. 一度の撮影で複数画像を撮影し、全画像を平均化する

DarkImage [#na2f247e]

• 別名バイアスイメージ、バイアスフレーム。
• 元来、CCD画素はバイアス電流が印加されている状態で、光が当たることで大電流が流れ、光を検出するが、光が当たっていない状態でも小さな電流が流れてしまう
• 時間に対して不変であるため、補償可能である

ダイナミックレンジ(DR) [#v4da1216]

• ダイナミックレンジとは、検出できる信号の細かさを決定する
• 各画素において考えた場合、

DR=FWC/Nr

• FWCは飽和時電荷量
• Nrはノイズ。
  • 実質このノイズが、どれだけ多くの検出レベル(階調)で検出できるかを決定する
• 一方で、以下の２つの値で表わすこともできる
  • • &mimetex(I_{max});:ピクセルあたりの最大値
    • &mimetex(I_{min});:ピクセルあたりの利用可能な最小値(ノイズにより決定される)
• また、CCDは、内臓のアナログデジタルコンバータ(ADC)のダイナミックレンジが常に検出面でのダイナミックレンジより大きく作られている。そのため、測定で問題となってくるのは、検出面でのダイナミックレンジとなる
  • 参考:N. Krstajic et al. Phys. Med. Biol. 52(2007) 3693-3717

CCDかCMOSか [#a1b6bb39]

• 近年は、CCDカメラに対してCMOSカメラも普及してきた

CMOSのCCDに対する利点 [#k62381a7]

• 一般的に安い
• 高いダイナミックレンジ
• 高速にスキャン可能
• 画素単位の露光時間と検出量の関係が線形比例だけでなく、他のモードも設定可能
  • 指数モードなどにすると、CTなどの吸収係数を直接的に検出可能

CMOSのCCDに対する弱点 [#se18263a]

• 高い読み出しノイズ
• その他ノイズが多い

今後 [#e7c85ae8]

• 今後、低ノイズのCMOSが生まれてくれば、コスト面からかなりの利点があり、CCDに取って替わる可能性がある
• 参考:N. Krstajic et al. Phys. Med. Biol. 52(2007) 3693-3717　最後の方