深入探討工業(yè)內(nèi)窺鏡的像素?cái)?shù)：原生像素?cái)?shù)與有效像素?cái)?shù)大有區(qū)別！
工業(yè)內(nèi)窺鏡是一種利用成像技術(shù)檢查設(shè)備內(nèi)部情況的無(wú)損檢測(cè)工具，反映成像質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)——像素?cái)?shù)，總是備受購(gòu)買(mǎi)者的關(guān)注。然而像素?cái)?shù)并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的概念，與其同時(shí)存在的還有原生像素?cái)?shù)和有效像素?cái)?shù)，這些概念有什么關(guān)聯(lián)呢？本文為您作深入剖析。
工業(yè)內(nèi)窺鏡探頭前端的圖像傳感器是捕獲圖像的核心器件。在工作時(shí)，圖像傳感器上的眾多感光單元將捕獲的光子轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后在屏幕上輸出反映設(shè)備內(nèi)部情況的檢測(cè)圖像。這些感光單元就是人們常說(shuō)的像素，其總數(shù)目就是像素?cái)?shù)。
對(duì)于制造好的圖像傳感器來(lái)說(shuō)，感光單元的數(shù)目是固定的，但是這些感光單元能否在成像過(guò)程中發(fā)揮有效的作用，特別是在內(nèi)窺檢測(cè)的低照度情況下能否捕捉清晰影像，很大程度上取決于每個(gè)感光單元感光區(qū)域的大小，較大的感光區(qū)域能捕捉更多的光子，從而在低照度情況下保持良好的敏感性，輸出清晰的畫(huà)質(zhì)。而感光區(qū)域的大小，與圖像傳感器的類(lèi)型和工作原理相關(guān)。
圖像傳感器有CCD和CMOS之分，它們都采用感光單元作為影像捕獲的基本單位，而作為感光單元核心的感光二極管，都能在接收光線(xiàn)照射之后產(chǎn)生電荷，但隨后的工作方式卻有所不同。
對(duì)于CCD，每個(gè)感光單元產(chǎn)生電荷后，經(jīng)由“先寄存在外部垂直寄存器+再分行傳送到水平寄存器”這樣兩個(gè)過(guò)程，最后由統(tǒng)一的節(jié)點(diǎn)測(cè)量并放大輸出電壓信號(hào)。這樣的傳送方式使得每個(gè)感光單元結(jié)構(gòu)都相對(duì)簡(jiǎn)潔，感光二極管占據(jù)了感光單元的大部分，能夠敏銳捕捉更多的光信號(hào)，因此具有高靈敏度的特點(diǎn)。
對(duì)于CMOS，每個(gè)感光單元在產(chǎn)生電荷后還負(fù)責(zé)將電荷轉(zhuǎn)換為電壓，然后再傳送到放大器輸出。因此每個(gè)感光單元的成員不僅有感光二極管，還有放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。由于過(guò)多額外元器件的擠占，使得感光二極管僅占據(jù)整個(gè)感光單元的一小部分，其所能捕捉到的光信號(hào)明顯受限，導(dǎo)致靈敏度較低。
通過(guò)上述介紹不難看出，在接受同等光照且感光單元大小相同的情況下，CMOS感光單元所能捕捉到的光信號(hào)明顯小于CCD感光單元，這也解釋了在低照度情況下CCD依然清晰成像、而CMOS會(huì)出現(xiàn)明顯噪聲、甚至大量丟失圖像細(xì)節(jié)的原因——部分CMOS感光單元已經(jīng)無(wú)法正常感光和工作。
由此可見(jiàn)，對(duì)于CMOS圖像傳感器，可有效感光的感光單元數(shù)目可能小于感光單元總數(shù)目，特別是在低照度情況下，更會(huì)顯著降低，此時(shí)，圖像傳感器固有的“像素?cái)?shù)”已經(jīng)無(wú)法表征成像效果，因此，能準(zhǔn)確表征CMOS成像效果的應(yīng)該是有效感光的感光單元數(shù)目——有效像素?cái)?shù)；而對(duì)于天生具有高靈敏優(yōu)勢(shì)的CCD來(lái)說(shuō)，不管在明亮抑或是低照度情況下，其固有的“像素?cái)?shù)”都可以穩(wěn)定地輸出清晰的檢測(cè)圖像，因此可以直接使用固有像素?cái)?shù)來(lái)表征CCD的成像效果，業(yè)界習(xí)慣稱(chēng)其為——原生像素?cái)?shù)。
由于CCD和CMOS在感光性能上的差異，我們看到：日常生活中燈光較暗的停車(chē)場(chǎng)、樓梯間、封閉通道和暗室等，都選用感光靈敏的CCD攝像機(jī)；在要求嚴(yán)苛的大型天文臺(tái)、乃至需要高效捕捉光子的高端科學(xué)領(lǐng)域，也都使用的是CCD。而CMOS更多用于照明充分的消費(fèi)電子領(lǐng)域。
同樣的道理，工業(yè)內(nèi)窺鏡的應(yīng)用場(chǎng)景大都在相對(duì)封閉的被檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部，只能靠探頭前端的出光口提供照明，屬于低照度環(huán)境。在這種情況下，采用CCD圖像傳感器的工業(yè)內(nèi)窺鏡可以一如既往地輸出清晰檢測(cè)畫(huà)面，而采用CMOS圖像傳感器的工業(yè)內(nèi)窺鏡因?yàn)橛行袼財(cái)?shù)的衰減，成像效果會(huì)有不同程度的劣化。例如：1080P（相當(dāng)于200萬(wàn)像素）的CMOS工業(yè)內(nèi)窺鏡，其成像效果有時(shí)還不如幾十萬(wàn)像素的CCD工業(yè)內(nèi)窺鏡。
因此選購(gòu)工業(yè)內(nèi)窺鏡的時(shí)候，不能被高達(dá)“百萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)的像素?cái)?shù)”蒙蔽了雙眼，而是應(yīng)該先聚焦于成像效果的源頭——圖像傳感器的類(lèi)型，然后再做出判斷。因?yàn)閷?duì)于CCD來(lái)說(shuō)，圖像傳感器固有的“原生像素?cái)?shù)”就可以代表成像質(zhì)量，而對(duì)于CMOS來(lái)說(shuō)，真正決定成像質(zhì)量的是在內(nèi)窺檢測(cè)低照度環(huán)境下被削減的“有效像素?cái)?shù)”！
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