냉각 CCD 입문 5(냉각 CCD, A/D 변환방법)

냉각 CCD 입문 5(냉각 CCD, A/D 변환방법)

2.3 냉각 CCD 카메라
*전하 전송 방식은 캠코드 방식에서 응용함.--->장시간 노출이 가능. 노출을 변화시키면서 한 프레임씩 촬상가능.    
*<그림 2.5>는 SBIG사의 ST-6 구조

2.3.1 어두운 대상을 촬영
*CCD는 어두운 대상을 찍는데 있어 필름과는 비교할 수 없는 고감도를 가지고 있음.
*축적된 아날로그 전하량을 A/D변환(아날로그-->디지털변환)으로 전하량을 빛의 강도로 변환(디지타이저 작업)
*A/D 변환기 위치: 접속 케이블의 노이즈를 감소시키려면 카메라 헤드부에 위치가 바람직. but A/D변환기도 발열체이므로 헤드부 위치의 설계가 어려움(ST-6: 카메라 헤드부 위치, ST-4,5: 컨틀롤러부 위치)
*<사진2.2, 2.3a, 2.3b>
*ST-6은 프레임 전송 방식--->전송 방식에 시간이 걸림. 전송중에는 셔트를 닫아야함.

2.3.2 A/D 변환
*A/D 변환: CCD는 화상 데이터를 아날로그에서 디지털로 변환해서 출력하는데 이를 A/D 벼환이라고함.
#아날로그: 전류나 전압치의 변화량
#디지털: 2진수로 표시.
*<그림 2.6> 빛의 휘도 차 설명
  #아날로그: 연속적으로 변하므로 단차가 없고 몇 계조라는 표현을 할 수없음
  #디지털: .0에서 최대치까지 계단식으로 나누므로 휘도차를 정량적으로 표시 가능.
           .8비트=2의 8승=256계조, 16비트=2의 16승=65536계조
           .디지털에서는 계조수가 많으면 많을수록 정밀 표현 가능
           .현 시판품의 디지털 카메라: 8, 12, 14, 16비트

2..3.3 왜 냉각하는가?
*CCD는 빛이 없더라도 암전류라고하는 열적 발생 전류가 있음--->암전류 노이즈 발생 초래
*상온에서는 수초간의 노출에 전체 화상에 노이즈에 묻히는 정도. 1/4초 노출이라도 꽤 많은 노이즈가 보임.
*냉각시는 암전류 감소
*냉각시 암전류 노이즈는 감소하나 완전히 없어지는 것은 아님.
*-100도 이하에서는 노이즈는 거의 0 상태이나 전자 회로에서 발생하는 전기적 노이즈는 남아있음=영상 해독 노이즈.
*해독 노이즈도 냉각시 감소하나 -40~60도 이하에서는 더 이상 감소하지 않음.
*노출시간이 0이라도 백그라운드 레벨이 0이되지 않도록, 미소한 전기가 흐름=바이어스
*다크 정보: 위의 노이즈는 빛이 발생하지 않아도 발생하는 것임. 이를 다크정보라고 함.
*<그림2.7>필자가 측정한 ST-6의 냉각 온도와 노출시간에 의한 다크노이즈 레벨 특성임.
#CCD 온도가 낮을수록 다크노이즈 감소.
#노출 1초까지는 노이즈레벨의 변화가 없으나 그 이상의 노출시간에서는 서서히 노이즈레벨이 상승. 노출시간이 30~120초 이상에서는 감마값이 1.0처럼 직선으로 비례.
*다크노이즈량은 카메라 기종에 따라 큰 차이가 있음.
#라이트 프레임: 천체를 촬영한 프레임.
#다크프레임: 다크 노이즈만의 성분을 촬영한 것. CCD에 전혀 빛이 안들어오도록하여 라이트프레임을 촬영한 것과 같은 노출시간과 온도로 촬영.