Pixel Binning

Il meccanismo attraverso il quale avviene il trasferimento della carica da un CCD si presta a realizzare il binning dei pixel on-chip. Per esaminare velocemente il trasferimento di carica in un CCD, viene visualizzato il seguente diagramma. Quando la luce (i fotoni) incide sulla superficie del CCD, la carica (gli elettroni) si accumula in corrispondenza di ogni pixel. Il numero di elettroni che si possono accumulare in corrispondenza di ogni pixel è denominato capacità di accumulo (Well Depth). Per il KAF-0400 e per il KAF-1600, questo limite è di 85,000 elettroni. Alcuni CCDs, come il SITe 502AB hanno capacità che superano i 350000 elettroni. Una volta che l'esposizione è completata, questa carica deve essere trasferita a una singola uscita e digitalizzata. Ciò si realizza in due fasi. In primo luogo, l'intera riga è trasferita nella direzione verticale al registro orizzontale (a scorrimento). In secondo luogo, la carica viene trasferita orizzontalmente in questo registro all'amplificatore di uscita.

La maggior parte dei CCD hanno la capacità di trasferire le cariche di più pixel in entrambe le direzioni, orizzontale e verticale, e di sommarle in un unica carica più grande o "super pixel". Questo Super-Pixel rappresenta l 'area di tutti i singoli pixel che contribuiscono alla carica risultante. Questo processo è denominato Binning. Binning 1x1 significa che i singoli pixel vengono utilizzati così come sono. Binning 2x2 significa che 4 pixel adiacenti sono stati combinati in un unico pixel più grande, e così via. In questo caso la sensibilità alla luce è stata aumentata di 4 volte (il contributo di quattro pixel), ma la risoluzione dell'immagine è stata ridotta della metà. La figura seguente mostra l'effetto descritto.

Il binning può essere uno strumento molto utile. Esso può essere utilizzato per aumentare efficacemente la dimensione del pixel, ottenendo anche un aumento di sensibilità. Si tratta di un buon metodo per la messa a fuoco, perché l'acquisizione di immagine risulta notevolmente più veloce, mentre conferisce maggiore sensibilità anche ai livelli di luminosità sfocati di valore più basso. Un Kodak KAF-0400, avendo 768x512 pixel di 9µ, può apparire come un sensore 384x256, con pixel di 18μ, utilizzando un binning di 2x2. Con un binning 3x3, il sensore sembra essere di 256x170 pixel di dimensione di 27µ e 9 volte la sensibilità! Con un binning 3x3, un KAF-1600 verrà visualizzato come un 512x341 con un formato del pixel di 27µm.

A seconda della lunghezza focale dell'ottica utilizzata, la dimensione ottimale del pixel per il tipo di osservazione che si sta attuando può cambiare. Avendo la possibilità di realizzare almeno un binning 3x3 conferirà una maggiore flessibilità di impiego. Il binning ha anche un impatto sulla capacità di accumulo (FWC). Mentre ciascun pixel su un Kodak KAF-0400 ha una capacità massima di 85000 elettroni, il nodo di uscita, che raccoglie le cariche con binning, presenta una capacità di più di 140000 elettroni. Questo permette una maggiore raccolta di carica in corrispondenza di ogni super-pixel rispetto a quanto fosse possibile con pixel senza binning.


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©1997, Apogee Instruments, Inc.