應用案例 Solutions
高靈敏度相機知識介紹
點擊次數：2651 更新時間：2021-06-10
高靈敏度相機是指成像器件能探測到光子數小于500個，對微弱光進行成像。高靈敏度相機可以分為進行單光子探測的ICCD，在10個光子數下有優勢的EMCCD，在高分辨率高速度且高靈敏下的SCMOS，為降低熱噪聲提高靈敏度的制冷型CCD
1、原理目標物體在相機的芯片上形成的每個信號都反映了投射在相機像素上的光線量。在光線較暗的情況下，該信號非常弱。高靈敏度相機內的電子元件可增強較弱的信號，使其能夠有效地數字化并傳輸[2]。
（1）EM增益——高靈敏度
EMCCD技術，有時也被稱作“片上增益”技術，是一種全新的微弱光信號增強探測技術。它與普通的科學級CCD探測器的主要區別在于其讀出寄存器后又接續有一串“增益寄存器”，它的電極結構不同于轉移寄存器，信號電荷在這里得到增益。
EMCCD也可采用背照式結構，把高達90%的效率與電荷倍增向結合，提高靈敏度，從而提供高幀速率情況下*低照度響應。溫度對片上倍增增益的影響明顯。溫度越低，由依次電子產生的二次電子越多，則片上倍增增益越高。研究表明把探測器制冷到-30攝氏度或更低時，片上增益可以超過1000倍。EMCCD良好的性能取決于CCD溫度的*以及溫度隨環境波動的控制。
（2）ICCD成像技術
ICCD是新一代增強型相機，靈敏度非常高，可進行單光子探測，適用于UV、VS、NIR等多種波段。具有納秒級門控和相關控制模塊為微光及時間分辨提供可靠的性能保證。ICCD主要由像增強器和CCD耦合而成，包括像增強器，CCD和中繼耦合組件等幾部分；如右圖所示入射光經過物鏡打到像增強器的光陰極上，由于光電效應轉換成電子圖像，電子圖像耦合到微通道板，在微通道板的每個光纖通道內電子不斷撞擊，產生約100倍的電子，放大的電子從微通道板射出撞擊熒光屏，重新激發出光子圖像，再經過中繼器投射在CCD上成像。
對于ICCD 而言，其像增強器門控裝置所能產生超短的曝光時間才是其在具體應用中的最大特點，也是sCMOS, EMCCD，制冷CCD 等其他高靈敏度相機所不能比擬，不能取代的。但是ICCD是通過光電陰極實現光電轉換的，因此峰值效率不超過50%，并且由于微通道板和熒光屏的存在，而降低了空間分辨率。
2、選型
要獲得高品質、低噪聲的視頻圖像（即使在光線不佳的條件下），高靈敏度相機不可少。
需要明確拍攝物體，需要多大的分辨率，需要達到多少精度，幀頻是多少，所用軟件的性能等等。例如如果是生命科學試驗中需要顯微觀察的生物樣品可能具有活性和移動等特點，所以EMCCD作為一種弱光探測器，配合共焦顯微鏡系統使用效果更好。
