Плюсове на CCD
Благодарение на удивителната чувствителност на CCD матриците, астрономията започна да се развива с огромна скорост. Ако понякога са необходими почасови експозиции, за да се получи изображение на слаба галактика върху филм, тогава CCD ви позволява да намалите времето на експозиция до няколко минути или дори секунди!
Квантовата ефективност на CCD е много по-висока от тази на фотографска емулсия или око, които имат квантова ефективност съответно от 1% и 3%.
Известно е, че фотографската емулсия е в състояние да запази чувствителността си към светлина само за кратко време в самото начало на експозицията и рязко да я загуби при дълги експозиции. CCD, напротив, има чувствителност, която остава стабилна през цялото време на експозиция.
Сегашното ниво на технологиите позволява производството на матрици с размери на пикселите от 7 до 52 микрона, а сега в продажба можете да намерите матрици с пиксели под 10 микрона. За фотографски филм това е ефективно еквивалентно на разделителна способност от 100 линии на милиметър, което е трудно постижимо за високоскоростни емулсии.
Колкото по-голям е пикселът, толкова повече електрони може да натрупа, докато се насити напълно. Така например за 10 микрона пиксела насищането настъпва, когато се натрупат 50 хиляди електрона, а пиксел с размери 23 на 27 микрона ви позволява да натрупате до 400 хиляди електрона! По същество това означава, че въпреки че големите пиксели влошават разделителната способност, те могат да постигнат много по-голям диапазон на яркост, което е еквивалентно на по-голяма фотографска ширина във фотографията. Това свойство е особено важно при снимане на астрономически обекти с големи разлики в яркостта.
В допълнение към широк диапазон от възпроизводими яркости, CCD има и широк спектрален диапазон, значително надвишаващвъзможностите на филма и освен това на окото. CCD реагират на светлина в рентгеновия до близък инфрачервен диапазон (от няколко ангстрьома до около 11 000 ангстрьома). По този начин към днешна дата CCDs имат най-широкия спектрален диапазон сред всички известни приемници на радиация.
Друг плюс е, че веднъж закупена CCD камера не изисква допълнителни разходи за процеси като проявяване и печат, които са незаменими във фотографията.
С всичките си положителни качества CCDs имат един сериозен недостатък - те са много малки. Например, повечето матрици имат малко над 80 000 пиксела, подредени в 336 реда и 242 колони. Като се има предвид, че размерът на един пиксел в тази матрица е 10 микрона, получаваме, че общата площ на повърхността за събиране на светлина е по-малко от един процент от площта на рамката на конвенционален 35 мм филм! В резултат на това зрителното поле при използване на такъв CCD се оказва много по-малко от зрителното поле, което можем да получим при снимане на фотографски филм, да не говорим за фотографски плаки.
Произвеждат се и по-големи матрици с около 768x512 елемента (линейни размери - 6.9x4.6 mm). Но това не е границата - космически телескоп. Hubble е оборудван с CCD 800x800 елемента (12x12 mm), а най-голямата матрица, създадена до момента, е с размер 7000x9000 пиксела (84x108 mm). За увеличаване на зрителното поле понякога се използват така наречените композитни матрици, състоящи се от няколко малки матрици, плътно притиснати една към друга. Най-голямата от композитните матрици се използва на 3,6-метровия канадско-френско-хавайски телескоп и се състои от осем матрици с размери 2048x4096 пиксела.
Трябва да се помни обаче, че използването на матрици с такива големи размери е свързано с трудности при обработката исъхранение на информация. Например космическият телескоп Хъбъл отнема няколко минути, за да прочете изображението, получено на CCD, а четенето на сигнала от матрицата 7000x9000 пиксела ще отнеме поне 20 минути. Освен това, пропорционално на броя на светлоприемните елементи на матрицата, количеството информация, заета от изображението, нараства. Ако файл, съдържащ изображение, получено на 16-битова (65 хиляди нива на сивото) матрица от 768x512 пиксела, съхранява по-малко от един мегабайт информация, тогава изображение, получено на подобна матрица от 4096x4096 пиксела, ще бъде равно на 32 мегабайта.
Работата с CCD поставя високи изисквания към компютъра - в крайна сметка за обработка на изображения той трябва да има достатъчно RAM и добра скорост.
Така че таралежите CCDs имат още един недостатък: в червения и инфрачервения обхват на дължината на вълната CCDs имат по-лоша разделителна способност, отколкото във видимия диапазон, тъй като червените фотони проникват по-дълбоко в силициевия кристал и пакетът от заряди е замъглен, което донякъде ограничава тяхното използване.