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CMOS图像传感器比较(适合天文摄影)

研制天文专用像机的过程中,对CMOS图像传感器的各种参数有了一个了解,入门级天文像机不在于解析的多高,关键是灵敏度(QE)、长时间曝光性能和成像质量(热噪声/读出噪声)。普通CMOS图像传感器不能用于深空天体摄影,因为大部分是逐行曝光的滚动快门(Rolling Shutter),这有什么不能接受的呢?假如你打算对猎户座大星云曝光60秒,那么这种逐行曝光的CMOS将是每行60秒,如果分辨率是640x480,那么整幅图像拍摄的时间就是480*60秒,整整8个小时!这是根本无法接受的,我们需要可以一次对所有象元进行曝光的芯片,好在“全局快门”技术已经出现在一些工业级CMOS芯片中了,2005年开始研制天文像机的时候,只有美光一个系列的芯片有全局快门,现在已经有数家厂商使用了该技术。

感谢评论的朋友指出理解的错误,滚动快门精确的理解应该是“读出一行的时候,其他行还在(不可避免的)接受曝光”,所以回头看6年前写的这个例子,确实完全理解错了。实际上,假如曝光60秒的话,每一行只晚上一行很短的时间(几个us)开始曝光,而读出的时候,每靠后一行都会晚一些被读取。这个时间就是“Line time”,即内部A/D转换一行所需要的时间。

rollingvglobalshutter-fig3.png

参见:Rolling Shutter vs. Global Shutter

3T_4T.png

美光的芯片在画质和长时间曝光噪音方面都非常出色,也是最早使用全局快门的厂商,目前,我研制的天文专用像机就是使用美光的芯片,电路板设计正在进行最后一次的修改,希望不久就能产品化,估计成本在400元左右,比较适合入门级的深空摄影应用。

这几天整理了一下具有全局快门的CMOS图像传感器芯片,如下表:

图片 厂商 型号 参考价(USD) 解析度 象元尺寸(μm) 动态范围(dB) AD位数 暗电流 满井容量 工作温度
aptina_mt9v032.jpg Aptina(原Micron) MT
9V032
28 752x480 6 55(线性)
100(HiDy)
10bit 160mV/s
(9042e-/s)
@55C

N/A -30~
+70C
cypress_ibis5_1300.jpg 赛普拉斯 IBIS5
-1300
308 1280x1024 6.7 N/A 10bit 7.22mV/s
(410e-/s)
@21C

62500e- -30~
+65C
cypress_lupa_1300-2.jpg 赛普拉斯 LUPA
-1300
1275 1280x1024 14 N/A 10bit 170mV/s
@30C
30000e- N/A
photonfocus_d750.jpg Photon
focus
D750 未知 748x400 10.6 60(线性)
120(LinLog)
10bit N/A N/A -40~
+105C

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