電荷耦合器件（CCD）或互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器的動態(tài)范圍，通常指定為可達到的*大信號除以由照相機噪聲，其中信號強度是由全井容量，并噪聲是黑暗和讀噪聲的總和。 作為一個設備的動態(tài)范圍的增加，能夠定量測量的圖像中*暗的強度（性能intrascene）得到改善。 interscene的動態(tài)范圍表示的頻譜的強度時，可以容納不同的視場的檢測器增益，積分時間，鏡頭的光圈，和其他變量作相應調(diào)整。

光電二極管的大小決定，枯竭井的大小 - 較大的二極管相比具有更大的全阱容量相機噪聲。 在顯微攝影的范圍內(nèi)使用的典型的二極管在現(xiàn)代的CCD的大小，以及與相應的2萬至60萬個電子的能力，從4.5到24微米。 閱讀噪聲是一個組合，所有設備讀出過程中產(chǎn)生的噪聲。 這包括從輸入時鐘和固定模式的噪音，隨著復位晶體管噪聲和放大器的輸出噪聲。 讀噪聲通常伴隨CCD傳感器，具有典型值的范圍從10到20的電子/像素在高品質(zhì)的芯片在室溫下操作的性能數(shù)據(jù)表中指定的，下降到2-5個電子/像素，可在珀耳帖冷卻的CCD科學成像應用。 表示以分貝為單位的動態(tài)范圍根據(jù)下面的公式：

其中N(sat)是線性全阱容量指出電子和N(noise)的數(shù)量是的讀和暗噪聲的總價值，也可以表達為。 在一個高性能的冷卻CCD攝像機，井產(chǎn)能的單個光電二極管的大小成比例，使得存儲的電子的*大數(shù)目是每個光電二極管的橫截面面積的約1000倍。 因此，應該有一個*大6.7×6.7微米的光電二極管的CCD的電荷存儲容量（全井容量）約44900的電子（或空穴）。 在一個典型的讀出速率為1 MHz，此CCD讀出噪聲是約10個電子/像素，這將產(chǎn)生一個動態(tài)范圍為44900/10，4490。 為了利用全方位的灰度等級，可用此動態(tài)范圍內(nèi)，相機應該有一個12位模擬到數(shù)字（A / D）轉(zhuǎn)換器，能夠解決4096個灰度級。 控制讀出和暗噪聲的大小是在這些裝置中保持一種高動態(tài)范圍的一個關(guān)鍵因素。

性能更高的冷卻CCD傳感器設計具有低噪聲輸出放大器和適合使用的慢掃描顯微照片成像往往有較低的讀出噪聲和擴展動態(tài)范圍。 作為一個例子，馬可尼應用技術(shù)CCD39-01傳感器是背照式，幀轉(zhuǎn)移CCD具有方形像素大小為24微米，分割輸出寄存器允許利用四輸出放大器。 此設備的全井產(chǎn)能達到的水平300,000電子。 再加上讀出的噪聲的均方根（rms）的三個電子水平在20千赫茲（冷卻時），CCD39-01是能夠得到的動態(tài)范圍大約為100,000：1。 要充分利用潛在的CCD，一個17位的A / D轉(zhuǎn)換器具有131,072灰度等級應采用（雖然一個16位A / D轉(zhuǎn)換器，有65,536灰階也就夠了）。

一個特定的CCD的動態(tài)范圍是取決于幾個變量。 暗電流強烈地受到溫度（圖1），每8到10攝氏度加倍。 在較高的溫度下，暗電流是顯性的，而在較低的溫度下，動態(tài)范圍是由放大器的輸出噪聲。 收集在每個像素中的暗電荷的量不僅取決于設備的溫度，而且還對積分時間和讀出之前的存儲時間。 的噪聲電平也正比于讀出放大器的帶寬，這是由像素傳輸速率的影響，并因此由時鐘頻率的影響。 由于時鐘頻率的增加，暗電流和散粒噪聲的電子的數(shù)目也相應減少，由輸出放大器和視頻處理電子設備需要較少的帶寬。 積分時間也影響的CCD的動態(tài)范圍，如在圖1中示出。 的總積分時間增加，產(chǎn)生增加暗電流和隨后的減少的動態(tài)范圍，但這種影響只進場時，積分時間*過5分鐘。

位深度是指二進制范圍的可能的灰度值，利用由A / D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的模擬圖像信息轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字值，能夠由計算機讀取和分析。 例如，*流行的8位A / D轉(zhuǎn)換器有一個二進制的2·（E8）或256個可能的值（圖2）的范圍內(nèi)，而一個12位的轉(zhuǎn)換器具有2·（E12）或4096的值的范圍內(nèi)和一個16位的轉(zhuǎn)換器具有2·（E16），或65,536個可能的值。 的A / D轉(zhuǎn)換器的位深度決定的灰度增量的大小，具有更高的比特深度對應于更大范圍的有用的圖像信息可從相機。 在一定的水平，以及下面的建議的上限由讀出噪聲信號進行采樣時，得到更好的結(jié)果。 舉例來說，如果馬可尼CCD39-01用于信號平均，18位（262,144灰度等級）的A / D轉(zhuǎn)換器可能會被用來樣本數(shù)據(jù)262,144 1。 然而，此設備的噪聲電平的統(tǒng)計信息顯示的圖象數(shù)據(jù)不能被正確地測定為大于1的一部分在100000無信號平均。 顯然，一個16位或18位A / D轉(zhuǎn)換器將產(chǎn)生更好的結(jié)果時，馬可尼CCD39-01芯片。 與此相反，F(xiàn)UJICHROME Velvia的，細粒度的彩色透明薄膜，已被證明產(chǎn)生小于10級的動態(tài)范圍（1024灰度級）。

表1列出了用于存儲數(shù)字信息的比特數(shù)之間的關(guān)系，數(shù)值相當于在灰度級，用分貝（dB）對應的值（1位等于約6 dB）。 如表中所示，如果由一個A / D轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的1位的精度為0.72伏的視頻信號，該信號將被表示由兩個值，二進制0或1與0伏和0.72伏的電壓值。 顯微攝影中使用的數(shù)碼相機中發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)數(shù)字化儀采用8位A / D轉(zhuǎn)換器，其中有256個離散的灰度等級（0到255之間），來代表電壓幅度。 0.72伏的*大信號，然后將細分為256步，每步2.9毫伏值。

的數(shù)量，以達到可接受的視覺質(zhì)量，必須生成灰度級應該是足夠的個人之間的灰度值的步驟是對人的眼睛無法辨別。 “明顯的差異”平均人眼的灰度級圖像的強度是理想的觀看條件下的兩成左右。 在大多數(shù)的情況下，眼睛能分辨約50個離散的灰度色調(diào)的強度范圍內(nèi)的視頻監(jiān)視器，建議的*小動態(tài)范圍的圖像應介于6和第7位（64和128灰度級，圖2）。

數(shù)字圖像應該至少有8位分辨率時增加對比度在圖像處理過程中避免產(chǎn)生視覺上明顯增強后的圖像灰度級的步驟。 的數(shù)量減少的效果灰度水平上的外觀的顯微照片，可以看出，在圖3中，其示出了黑色和白色（原來8位）的圖像的彩色薄邊的馬鈴薯 （馬鈴薯），顯示在不同的分辨率取值范圍為6位（圖3（a）），下降到5位（圖3（b）），4位（圖3（c）），和3-bit（圖第3（d））。

改進的數(shù)碼相機具有12位分辨率的CCD，能夠讓研究者來顯示圖像具有更大的緯度可能比8位圖像。 這是可能的，因為相應的軟件可以提供必要的灰******調(diào)，從一個更大的調(diào)色板（4096灰度等級）的計算機顯示器上顯示，這通常出現(xiàn)在256級灰度的圖像。 與此相反，一個8位的數(shù)字圖像的受限制的調(diào)色板256級灰度，*初是由數(shù)碼相機所捕獲。 由于倍率提高圖像處理過程中，該軟件可以選擇*準確的灰度，重現(xiàn)部分放大后的圖像，而不改變原來的數(shù)據(jù)。 檢查陰影區(qū)域中的12-bit數(shù)字圖像的深度允許調(diào)查員的可視化，將不存在在一個8 - 比特圖像的細微的細節(jié)時，這一點尤其重要。

數(shù)字轉(zhuǎn)換為模擬視頻信號所需的精確度取決于在相機中輸出的數(shù)字灰度級的步驟和均方根噪聲之間的差異。具有內(nèi)部A / D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生一個數(shù)字數(shù)據(jù)流，這并不需要在計算機中進行重采樣和數(shù)字化的CCD攝像機。 這些攝像機是能夠生產(chǎn)數(shù)字數(shù)據(jù)高達18位分辨率（262,144灰度）的高端機型，并沒有限制到0.72伏的信號RS-170視頻系統(tǒng)的限制，并利用更廣泛的模擬電壓范圍其A / D轉(zhuǎn)換器。 所表現(xiàn)出的大的數(shù)字范圍CCD攝像機的主要優(yōu)點在于在所顯示的8位圖像的改進的信號與噪聲的和寬線性動態(tài)范圍的信號可以被數(shù)字化。