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高靈敏度相機(jī)知識介紹
高靈敏度相機(jī)是指成像器件能探測到光子數(shù)小于500個，對微弱光進(jìn)行成像。高靈敏度相機(jī)可以分為進(jìn)行單光子探測的ICCD，在10個光子數(shù)下有優(yōu)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(biāo)物體在相機(jī)的芯片上形成的每個信號都反映了投射在相機(jī)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(jī)內(nèi)的電子元件可增強(qiáng)較弱的信號，使其能夠有效地數(shù)字化并傳輸[2]。
（1）EM增益——高靈敏度
EMCCD技術(shù)，有時也被稱作“片上增益”技術(shù)，是一種全新的微弱光信號增強(qiáng)探測技術(shù)。它與普通的科學(xué)級CCD探測器的主要區(qū)別在于其讀出寄存器后又接續(xù)有一串“增益寄存器”，它的電極結(jié)構(gòu)不同于轉(zhuǎn)移寄存器，信號電荷在這里得到增益。
EMCCD也可采用背照式結(jié)構(gòu)，把高達(dá)90%的效率與電荷倍增向結(jié)合，提高靈敏度，從而提供高幀速率情況下*低照度響應(yīng)。溫度對片上倍增增益的影響明顯。溫度越低，由依次電子產(chǎn)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(huán)境波動的控制。
（2）ICCD成像技術(shù)
ICCD是新一代增強(qiáng)型相機(jī)，靈敏度非常高，可進(jìn)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(guān)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(qiáng)器和CCD耦合而成，包括像增強(qiáng)器，CCD和中繼耦合組件等幾部分；如右圖所示入射光經(jīng)過物鏡打到像增強(qiáng)器的光陰極上，由于光電效應(yīng)轉(zhuǎn)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(nèi)電子不斷撞擊，產(chǎn)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(fā)出光子圖像，再經(jīng)過中繼器投射在CCD上成像。
對于ICCD 而言，其像增強(qiáng)器門控裝置所能產(chǎn)生超短的曝光時間才是其在具體應(yīng)用中的最大特點，也是sCMOS, EMCCD，制冷CCD 等其他高靈敏度相機(jī)所不能比擬，不能取代的。但是ICCD是通過光電陰極實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)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(zhì)、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(jī)不可少。
需要明確拍攝物體，需要多大的分辨率，需要達(dá)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(xué)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(tǒng)使用效果更好。