科學(xué)的成像系統(tǒng)的一個(gè)重要特性是響應(yīng)于入射光的線性度 ，特別是當(dāng)應(yīng)用于定量光度分析。 在采用電荷耦合器件（CCD）傳感器的數(shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)中，CCD的基本功能是將光子攜帶的圖像信息轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)。 數(shù)字化后，信號(hào)輸出*好應(yīng)線性正比于入射的光傳感器上的量。

有關(guān)的光子入射到傳感器和數(shù)字輸出的數(shù)目的傳遞函數(shù)是由多級(jí)過(guò)程，開(kāi)始于在有源像素區(qū)域的創(chuàng)建和電荷載流子（電子 - 空穴對(duì)）轉(zhuǎn)移，隨后轉(zhuǎn)化的確定電子從電荷域變換到電壓域作為一個(gè)放大的電壓信號(hào)。 通過(guò)一系列的處理步驟的該模擬信號(hào)通過(guò)，并*終被數(shù)字化顯示，圖象處理，和存儲(chǔ)之前被進(jìn)一步放大。 用適當(dāng)?shù)脑O(shè)備設(shè)計(jì)，傳遞函數(shù)的結(jié)果在*終的數(shù)字化的輸出信號(hào)相對(duì)于入射的光量在CCD上，使得所述輸出信號(hào)是等于光子輸入乘以一個(gè)比例常數(shù)的線性變化。

在各廠商用來(lái)測(cè)量和報(bào)告的CCD線性度的方法存在顯著差異。 一種常用技術(shù)，以評(píng)估線性是根據(jù)測(cè)得的輸出信號(hào)的一個(gè)圖形化的情節(jié)作為曝光時(shí)間的函數(shù)，延伸至滿阱容量的設(shè)備（由勢(shì)阱或像素持有的電子的數(shù)量;也稱為線性滿井 ）。 本說(shuō)明書(shū)中可被定義為從線性偏差相比，在全井條件下得到的*大信號(hào)強(qiáng)度的百分比。注意，相同的測(cè)量可通過(guò)不同的制造商被報(bào)告為線性或非線性 。

從線性偏差的計(jì)算開(kāi)始的信號(hào)電平與曝光（積分）時(shí)間的情節(jié)。 的信號(hào)電平通常被指定為數(shù)字的計(jì)數(shù)，或作為相對(duì)數(shù)字號(hào)碼（DN）或“ADC單元”（ADU），它是由模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器，它正比于電壓值輸出。 圖1說(shuō)明了這種類(lèi)型的用于高性能CCD線性度曲線。 線性*小二乘回歸分析擬合的數(shù)據(jù)，并用于從所計(jì)算的*佳擬合線的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的偏差，以便確定*大正，負(fù)偏差值來(lái)確定。 的非線性，以百分比計(jì)算如下，其中*值同時(shí)用于偏差的*大值：

相機(jī)系統(tǒng)的線性度由CCD本身，以及其它電子元件中的信號(hào)處理鏈，與模擬 - 數(shù)字轉(zhuǎn)換器的*終決定。 實(shí)際上，任何非線性表示在具有信號(hào)電平在相機(jī)的增益常數(shù)的變化。 定量成像操作，比如算術(shù)比率測(cè)定，線性變換，描影修正，以及其它處理的算法依賴于*信號(hào)的測(cè)量，并且要求有是相機(jī)的增益和信號(hào)強(qiáng)度之間沒(méi)有顯著相互依存關(guān)系。 高性能的CCD成像系統(tǒng)表現(xiàn)出非常良好的線性關(guān)系相比，大多數(shù)其他成像傳感器，包括薄膜，攝像機(jī)管，和視頻CCD相機(jī)，其可以由幾個(gè)％的偏離線性度寬信號(hào)范圍。 用于科學(xué)利用CCD相機(jī)通常具有在百分之一以上的4個(gè)或5個(gè)數(shù)量級(jí)的信號(hào)范圍零點(diǎn)幾秒的范圍內(nèi)非線性值。 從線性偏差通常是恒定的，并且如果充分表征的非線性可以通過(guò)查找表來(lái)校正到小于十分之一的百分比的值。

雖然CCD傳感器以線性方式在很寬的動(dòng)態(tài)范圍，當(dāng)在高平均光照強(qiáng)度都達(dá)到滿井情況做出響應(yīng)，一個(gè)非線性響應(yīng)，通常觀察到的。 需要注意的是良好的線性度可能*過(guò)全井延伸在所述圖象場(chǎng)的一個(gè)小的區(qū)域過(guò)度曝光，而是由較低的平均亮度電平所包圍的情況。 如果整體照明足夠亮，CCD響應(yīng)變得非線性和飽和時(shí)，伴隨著綻放（從像素*過(guò)全阱容量充電溢出）在整個(gè)陣列。 當(dāng)增加強(qiáng)度產(chǎn)生在記錄的信號(hào)沒(méi)有進(jìn)一步的變化飽和度存在。 與整個(gè)像素陣列上過(guò)度的平均強(qiáng)度，非線性響應(yīng)和全井容量的發(fā)作發(fā)生在相同的信號(hào)電平。

取決于傳感器的特性，非線性響應(yīng)也可能導(dǎo)致在非常低的照明水平，并且在原則上，在非線性區(qū)域中的反應(yīng)可以在必要時(shí)進(jìn)行校正。 *好的做法，但是，是為了限制暴露于線性度被使用的特定傳感器的區(qū)域中，由于飽和的發(fā)作可以是快速且難以預(yù)測(cè)。 其中，可采取避免CCD飽和的高照度條件下的措施是捕獲幾個(gè)較短的曝光是在持續(xù)時(shí)間為所需的較長(zhǎng)的積分間隔相等的。 多個(gè)短曝光圖像可以在加工過(guò)程中進(jìn)行組合，盡管在某些應(yīng)用中必須考慮到的相比，單次曝光的整合在一個(gè)較長(zhǎng)的時(shí)間間隔短相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)為準(zhǔn)不同的信號(hào) - 噪聲因素的影響。