В вашей ссылке рассказывается, как работает датчик изображения CCD (устройство с зарядовой связью).Обратите внимание, что ПЗС-матрицы имеют применение помимо датчиков изображений, но подавляющее большинство ПЗС-матриц используются в качестве датчиков изображения, и это единственное основное применение, которое я буду обсуждать.
ПЗС-матрицы
В типичных ПЗС-матрицах, используемых для распознавания цветного изображения, каждая ячейка ПЗС имеет цветной фильтр.Наиболее часто используемый шаблон группирует 4 ячейки вместе с одним красным фильтром, одним синим фильтром и двумя зелеными фильтрами.Эти фильтры пропускают только фотоны соответствующих цветов в определенной полосе частот.ПЗС-матрица в оттенках серого просто не имеет этих фильтров.
ПЗС (при использовании в качестве датчика изображения) по своей сути представляет собой устройство для счета фотонов.Фотон, который падает на активную область ПЗС-матрицы, возбуждает электрон через фотоэлектрический эффект, который затем сохраняется в этой ячейке ПЗС-матрицы.Этот процесс продолжается до тех пор, пока фотоны попадают в ячейку, заставляя электроны накапливаться в каждой ячейке.
Объектив камеры проецирует изображение сцены, которую вы снимаете, на ПЗС.Это так же, как в пленочной камере, за исключением пленки вместо ПЗС.Каждый пиксель соответствует одной ячейке в ПЗС.В случае цветного изображения каждый пиксель представляет собой произведение одной или нескольких отфильтрованных ячеек в зависимости от алгоритма и местоположения ячейки.Самый простой алгоритм группирует каждый набор из 4 отфильтрованных ячеек в один пиксель.Однако для схем интерполяции характерно увеличение количества полноцветных пикселей, чтобы оно равнялось количеству ячеек ПЗС.
Зависимость энергии фотона
Сигнал зависит от энергии фотона, но только в качестве порога.Чтобы фотон генерировал электрон посредством фотоэффекта, он должен иметь определенное количество энергии.Это количество энергии является энергией "запрещенной зоны" полупроводника.Энергия запрещенной зоны кремния составляет около 1,1 эВ, что означает обнаружение фотонов с длиной волны около 1100 нм и ниже.Поскольку вы продолжаете увеличивать энергию фотона, сигнал остается постоянным на уровне одного электрона на фотон.Как только ваши фотоны имеют в два раза больше энергии запрещенной зоны, или больше, падающий фотон может генерировать два электрона, но это довольно редко.
Как только вы решили, что сделали снимок, затвор закрыт, и пришло время прочитать, какое изображение было снято в ПЗС.Для считывания изображения заряд внутри каждой ячейки смещается на один столбец в ее ряду.Первый столбец затем считывается.Это может быть сделано либо измерением тока для разрядки элемента, либо измерением напряжения элемента, зная емкость.Оба из которых могут сказать вам, сколько электронов было сохранено в этой ячейке.После считывания первого столбца все ячейки снова сдвигаются, и это повторяется до тех пор, пока не будут прочитаны все ячейки.
Неидеальности
Есть числофакторов, которые мешают типичным CCD дать вам точное количество фотонов.Существует значительное количество тепловых шумов, которые можно уменьшить только путем понижения температуры намного ниже, чем разумно для портативной камеры.Внутри ячеек ПЗС может возникнуть утечка, которая может заставить электроны покинуть ячейку или переместиться в соседние ячейки, что препятствует точному подсчету.Будут также фотоны, которые отражаются от клетки и, следовательно, не учитываются.
Однако ничто из этого не меняет того факта, что ПЗС считает фотоны.Это просто означает, что это не очень точный счетчик фотонов.Подробнее об этом ниже.
Подсчитывает ли ПЗС фотоны?
Я верю, что это так, но все сводится к определению "считать".Давайте рассмотрим аналогию.
Алиса, Боб и Крис владеют яблоневым садом.Они хотят знать, сколько яблок упало с деревьев в их садах.Для этого они используют устройство с теннисным мячом (TBCD).Это может выглядеть как обычная корзина, но, поверьте мне, это TBCD.Алиса, Боб и Крис идут по своим садам, кладя теннисный мяч в TBCD для каждого яблока, которое они видят на земле.К тому времени, когда они закончили, у каждого в TBCD есть количество теннисных мячей, равное количеству яблок, которые упали с деревьев.
Чтобы выяснить, сколько яблок упало с деревьев, Алиса, Боб и Крис используют разные методы.Алиса продолжает подсчитывать количество теннисных мячей в своем TBCD.Когда она закончит, она точно знает, сколько яблок она видела.Боб не такой терпеливый, как Алиса, и использует продвинутую систему компьютерного зрения для автоматического подсчета яблок в своем TBCD.Когда он закончил, он знает приблизительно количество яблок, которые он видел, но есть небольшая ошибка, потому что система CV не идеальна.Крис не может позволить себе такую систему, и при этом он не такой терпеливый, как Алиса, поэтому он взвешивает свой TBCD и, используя вес теннисного мяча, может приблизительно определить, сколько есть теннисных мячей.
Теперь вотвопрос.Кто из этих людей использовал систему, которая подсчитывала количество яблок, которые упали в их садах?Каждый в один момент имел количество теннисных мячей, равное количеству яблок.Влияет ли метод считывания, учитывает ли TBCD яблоки, которые упали на землю?
TBCD (неудивительно) прямо сопоставим с клеткой в CCD.Он хранит количество электронов, равное количеству фотонов, которые он захватил.Это, безусловно, квалифицируется как количество фотонов.Затем, в зависимости от вашей схемы считывания, вы можете получить более или менее точные показания этого значения.Это счет?Если мой датчик изображения считает количество фотонов, но не сообщает никому, он все равно считает количество фотонов?Как я уже говорил ранее, я думаю, что это сводится к вашему определению счета, но я считаю, что CCD квалифицируется как устройство для подсчета фотонов.