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最後編輯時間: 西曆2023年05月22日   oldmiow   天文攝影單元式入門教學系列 天文攝影的感光元件 (1) : 尺寸與成像、視角和採樣      感光元件在天文攝影中起到關鍵作用，負責 記錄 鏡頭匯聚的「光」所形成的影像。這時，感光元件的幾何尺寸，也就是其大小，便關係甚多，比如影像涵蓋多少視野、曝光的影像品質等等。 § 成像與焦距      望遠鏡跟鏡頭，本質上是同樣的東西，最簡單的望遠鏡或者鏡片，就是一片凸透鏡，也就是一般認知中的放大鏡，凸透鏡可以 將光匯聚，並在焦面位置形成影像。        要匯聚光線，除了以透光的透鏡 折射 ，也可以鍍有反射膜的鏡面反射，因此也可以見反射式望遠鏡，或者折反射式的望遠鏡及鏡頭。這些望遠鏡或者鏡頭，多半有多於一片的反射鏡或透鏡，以修正單一鏡片無法解決的像差問題，但整體而言，這些鏡片綜合起來的效果，是等效的凸透鏡或者凹面鏡，如此才能形成放大的成像。      不論是怎麼樣的望遠鏡還是鏡頭，只要「光學焦距」這一性質一樣，那 其 形成放大 成像的能力就是一樣的，換言之， 雖然成像的範圍可能因爲望遠鏡的光學設計和機械設計，而有所不同， 但相同的物體在相同的距離下拍攝，則物體在成像面上的實體大小 (長、寬、大小) 是一樣的， 比如下方 (圖一) 所示。 圖一，兩支焦距相同的望遠鏡，雖然其成像的範圍可能不同，但放大成像的能力是一樣的。 § 感光元件的尺寸與視角      一般的感光元件，其長寬大概介於數毫米 (mm)，至數十毫米 (mm) ，下方 (圖二A) 是個實際的半導體感光元件，整個封裝尺寸正好爲長寬1公分的正方形，大概是成人小指指甲的大小，中間的矩形區域是實際的感光元件晶片，其上大部分便是感光區域。 圖二A，半導體感光元件 MN39483        而下方 (圖二B) 是另外一個半導體感光元件的感光區域放大照，可見許多顆粒狀的像素，像素的大小爲數個微米 (µm) 。1mm是 1 / 1000 公尺，而 1µm是 1 / 1000000 公尺 。諸如單反相機或者手機上的相機等等產品，也都有類似的感光元件，作爲記錄影像的工具，根據感光元件尺寸和像素尺寸的不同，在整個感光元件的晶片上，可以包含數百萬乃至上千萬個像素。 也就是一般所說的幾百萬或者幾千萬畫素。 圖二B，半導體感光元件 OV508AC 上的像素      感

最後編輯時間: 西曆2023年03月06日 oldmiow 天文攝影單元式入門教學系列 天文攝影的感光元件 (3) : CCD與CMOS      對天文攝影或者天文觀測有所認識的人而言，拍攝影像的相機，很容易聯想上CCD (Charge Coupled Device，電荷耦合元件)，以這項元件製成的感光元件，在 西曆 1970年左右被發明，於1980年代開始，CCD感光元件 (簡稱CCD) 被大量地運用於專業的天文臺，作爲拍攝影像的工具 ，在當時，CCD算是尖端科技，取代了相對低效率的感光板，也就是一種類似底片，以銀的鹵化物感光後，產生的化學反應來記錄照射光線明暗的板子。      自西曆2000年左右，CCD感光元件也被大量應用在消費產品上，比如數位相機以及手機的相機上，但不到十年光景，到2010年左右，消費產品中CCD感光元件幾乎被CMOS ( Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ， 互補式金屬、氧化物半導體 ) 製成的感光元件取代 ，接着，生產消費級CCD感光元件的公司，如柯達 (Kodak) 和索尼 (Sony)，也接連停產CCD，在 2020年代，已經沒有什麼消費產品會使用CCD了。      在專業的天文臺上，CCD感光元件還有一定的使用量，並依賴少數專門的供應商生產，比如Teledyne e2v， 但越來越多天文臺也逐漸應用CMOS感光元件。 而 業餘 的 天文攝影和觀測中，CCD感光元件也幾乎被CMOS感光元件取代。也就是說，現在拍攝天文的相機，就算是製冷的相機，也十有八九使用CMOS感光元件。      因此，如今把拍攝天文場景的相機，都稱作CCD，無疑是不正確的，CCD和CMOS這兩類感光元件，固然有一定的共通之處，比如可以使用類似的二極體結構來接收光，並產生電荷信號，但是怎麽讀取這些電荷信號，以及連帶的電路設計，都有不小的差異，且正式由於這些差異，最終 使得 CMOS感光元件有諸多優勢，並幾乎取代了CCD感光元件。      嚴格地說， CCD和CMOS都是寬泛的稱呼，只不過CCD從被發明伊始，就是作感光元件使用，而CMOS則有多種多樣的電子電路應用，其中一種應用，就是作爲感光元件，這時稱爲CMOS APS (Active Pixel Sensor，主動像素感測器) ，也就是現在手機、數位相機中

點擊查看其他文章 ---------- oldmiow的天文器材測試 CMOS的FPN會因斷電重啟而改變?         在學習天文影像處理的時候曾看過有教學主張天文相機在斷電後重新接電啟動，本身讀出的固定紋路(FPN, fixed pattern noise)圖樣會改變，而拍攝偏置場的一大用途就是為了扣掉FPN，如果果真如此，器材曾經斷過電都需要重新拍攝偏置場，除了增加了額外的操作，也使建立天文攝影的校正場庫變得複雜。      因此我做了簡單的試驗，一批偏置場拍攝後斷電數小時再重新接電啟動相機，拍攝另一批偏置場，若第一批偏置場疊合後稱為 ImageA 而 第二批偏置場疊合後 稱為 ImageB ，則 ImageA + 常數 - ImageB = ImageC 經過差不多程度的拉伸後的 ImageA 和 ImageB 對比   拉伸後的 ImageC     ImageC 可以明顯地看出豎向的紋路被消除了(或至少是明顯減輕了)， 有理由認為豎向紋路不大會因斷電重啟而改變 。      但是這只說明了豎紋的情況，針對橫紋我再將同一批拍攝的65張圖像分成前面32張和後面33張兩組，分別疊合後相減，得到 ImageD ，如下圖    拉伸後的 ImageD       在 ImageD 中就算是同一次通電下，拍攝同一批影像分前後兩批分別疊合後做減法，橫紋依舊無法消除，這種橫紋隨不同次讀出而不同的現象在CMOS 感光元件中很普遍，而CCD感光元件不容易發生(可能在供電不穩的情況下發生)，也就是說這種主要的 橫紋信號和不同次通電幾乎沒關係 ，其本身就隨每一張的讀出變化，這可能和 CMOS感光元件 中每一列(row，橫排)共用一部分元件有關，因此有理由認為橫紋的變化來源於同橫排的共用元件本身操作的隨機波動，而FPN不受影響。      因此這個試驗可以簡單做出結論:採用CMOS感光元件的相機在不同次通電下的固定噪(FPN)並不會改變，不需要每次斷電 後再 通電就重新拍攝偏置場。 實驗器材:QHY183M 製冷至-10 °C, Gain:30, Offset:32 著作權聲明