理解高能CCD探测器中的分箱

由4像素成像阵列组成的CCD，灰色，下面是读出寄存器，蓝色。像素中持有的电荷显示在像素的右下方。

CCD是非常通用的设备，它们的读出模式可以被操纵以达到各种效果。其中最常用的是binning。分箱技术允许来自相邻像素的电荷在电荷通过放大器(CCD的主要噪声源)读出之前在传感器上进行组合。这可以提供更快的读取速度和提高信噪比，降低空间分辨率的好处。

为了说明两种读出模式之间的区别，我们使用了一个逐级读出图。

图中是一个由4像素成像阵列组成的CCD，灰色，下面是一个读出寄存器，蓝色。像素中持有的电荷显示在像素的右下方。

强调这两种读出方案的主要区别是很重要的。首先实现了传感器阵列的全空间分辨率。在本例中，我们将4个像素的图案减少为单个像素的“超像素”，因此失去了空间分辨率。然而，binned操作需要更少的步骤来读取传感器，因此更快。通常情况下，2 x 2的装箱速度是原来的两倍;这是通过必须每两个垂直移位一次读出寄存器来实现的。如果我们在CCD上对3 x 3或4 x 4进行分组，读取速度分别快3倍和4倍，这种关系就成立了。

1.光线均匀地照射在这四个像素上，并在每个像素上产生20个电子的电荷。
2.第一个操作是将电荷向下移动一行。来自最低像素的电荷被转移到读出寄存器。3.(A)对于单像素读出，读出寄存器中的电荷向右移动并进入读出放大器。在分箱操作中，电荷再次向下移动，第一行的电荷被添加或求和到读出寄存器中的第一行。
4.(A)对于单像素读出，第一个像素读出，同时读出寄存器再次移位，将第二个像素中的电荷移到读出放大器中。在分箱操作中，来自两个右两个像素的总和电荷被移到读出放大器中。
5.(A)在单像素读出中，下一行垂直移位到读出寄存器中。在分箱操作中，读出寄存器再次移位，以在读出放大器中读出5个像素的电荷之和。
6.(A)在单像素读出模式下，读出寄存器再次向右移动以读出下一个像素。现已完成的操作。
7.(A)在单像素读出中，读出寄存器再次向右移动以读出最后一个像素。

分箱示例还强调了分箱如何提高信噪比。如果我们假设CCD的读出噪声为10 e-，那么在单像素的例子中，每个像素的读出噪声为10 e-，因此我们实现了2:1 (20 e-/10 e-)的信噪比。即使我们随后将计算机中的四个像素在读出后相加，信噪比也会变成4:1。在对四个像素的电荷求和时，我们对信号(4 x 20 ei)求和。e = 80e -)，噪声以正交形式相加，即噪声之和的平方根(√4 X (10e-)2即20e-)。

在binned示例中，直到信号被放大器读出，才有噪声，因此信噪比为8:1(80 e- / 10 e-)，即比单像素读出模式好两倍。

自定义分箱在x射线中最常见的应用之一是在能量色万博电脑网页版登录散光谱中，在低通量条件下，入射高能x射线光子可以直接检测到较大的超像素，从而获得较低的噪声和更快的读取速度，以实现用户可定义的最佳性能。