2010年,科研相机从CCD进入到了sCMOS时代,带来了革命性的变化。而随着时间推进,行业逐渐发现,“如何同时拥有高速和高信噪比”成为了sCMOS科研相机再启下一个新纪元的关键。十年间,各方技术持续改进,却也始终难逃“厚此薄彼”的选择。站在2020年,滨松想说,这个问题,是时候该解决了…
谈到相机,帧速和成像质量是两个绕不过去的概念。帧速比较好理解——每秒能拍多少张图像;而成像质量其实比较笼统,分辨率能影响,信噪比能影响,后期算法也能影响。
在科研相机中,后期算法其实很敏感,且不说一台用算法做过“涂抹”的相机显然是违背科学研究需要的;一些科研本身就是在做算法,当然不希望买来的相机自带“商业机密”。
所以,对于科研相机,分辨率和信噪比就成为了图像质量的关键。
然而,分辨率、信噪比和帧速却是类似“鱼与熊掌”的关系。其核心的矛盾在于,读出速度越快,读出噪声就越高:
可以用一个简单的例子来进行说明:
在帧速一致的情况下,一台相机的像素数目越多,每张图片的分辨率越能得到保证;然而与此同时,相机对像素数据的读出速度( = 像素数目 × 帧速)也会上升;继而读出噪音也会同步上涨,最终使得信噪比成为一个问题。
总结下来就是:对于科研相机而言,速度快,噪声就会高,从而图像的信噪比也就难以保障。
在这样的背景下,科研相机的读出速度和信噪比,要如何才能兼得呢?
2010年前,CCD是改变科研领域的技术,“CCD”成为“科研相机”的代名词。2010年后, sCMOS(scientific CMOS)开始了对CCD的替代革命。其本身也在不停迭代发展,并逐渐成为科研成像领域绝对主流。sCMOS最优秀的地方,就是相比CCD,可以在极大提高读出速度的同时,更好地抑制了读出噪声。
不过,与奥林匹克运动会的“更高、更快、更强”相类似,科研工作者对于相机的要求也是“更高、速更灵敏”。如前所述,速度增加并不难,如何解决速度和信噪比的矛盾才是关键。
目前,主要有两个思路:
1、努力压榨
将读出噪声进一步压低。比如滨松ORCA-Fusion,在读出速度不变,像素数目甚至小有上升的前提下,将420MHz高速下的读出噪声从ORCA-Flash 4.0的1.6e rms压制到了1.4e rms,最小的读出噪声从ORCA-Flash 4.0的1.4e rms下降到了0.7e rms。
2、采用背照技术
直接提升量子效率(QE),通过改善信号来提升信噪比。沿着这条思路,市场上也出现了一批背照sCMOS相机,将QE从80%左右提升到了95%。但当前市场上的背照式芯片在噪声控制上却不够完美,为了保障低噪声,这一批背照相机的读出速度普遍比以ORCA-Flash 4.0为代表的前照式sCMOS低了不少。
于是我们又看到了一个新的矛盾——各相机制造商或是努力压低读出噪声、或是专注提升量子效率。但背照技术和更低的读出噪声似乎未能兼容。
就在sCMOS科研相机发展的十年之际,滨松将为以上问题,提供一个完美的解决方案:
新一代旗舰级sCMOS科研级相机即将全球同步上市!
· 永不妥协的高帧速
· 前所未有的信噪比
· 顶尖的分辨能力
· 多种极致性能集于一身
它具有怎样的表现?打破了怎样的技术壁垒?2020年4月1日,上午10:00,滨松中国将举办一场网络直播发布会,为您全面解读,这一场sCMOS相机即将发生的革命性变革!
我们直播见。
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