sCMOS eBOOK: 制冷型相機(jī)比非制冷型相機(jī)更靈敏是真的嗎？（上）
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制冷型相機(jī)比非制冷型相機(jī)更靈敏是真的嗎？（上）
在了解制冷型和非制冷型相機(jī)的優(yōu)劣區(qū)別前，請(qǐng)您先陪我們觀看一場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室障礙賽跑比賽，看看微生物們是如何評(píng)價(jià)我們的非制冷型pco.panda sCMOS相機(jī)的？
溫度對(duì)相機(jī)中普遍存在的某些噪聲源有重大影響，這些噪聲源組成圖像傳感器的總讀出噪聲。當(dāng)電子設(shè)備連續(xù)工作時(shí)，它們會(huì)因信號(hào)處理過程中的損失而散熱，而通過“冷卻”設(shè)備中的圖像傳感器組件或電子電路來降低溫度確實(shí)可以提高圖像質(zhì)量和性能。
經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)查冷卻帶來的優(yōu)缺點(diǎn)表明，制冷型相機(jī)不一定比非制冷型相機(jī)更靈敏。為此，我們需要仔細(xì)研究冷卻過程的潛在影響。
圖 1：對(duì) sCMOS 相機(jī)的平均暗信號(hào)進(jìn)行為時(shí)四小時(shí)的測(cè)量，該相機(jī)以全速 (100 fps) 連續(xù)讀取數(shù)據(jù)，其圖像傳感器的溫度控制在 + 5°C (pco.edge 5.5)。
溫度控制
冷卻主要來自相機(jī)系統(tǒng)尤其是圖像傳感器的溫度控制。圖 1 顯示了使用熱電珀?duì)柼鋮s器進(jìn)行熱穩(wěn)定的圖像傳感器；可以操作相機(jī)，但偏移量（暗值）保持不變。
隨后，因?yàn)樾盘?hào)的任何變化都將歸因于入射光波動(dòng)而非溫度波動(dòng)，所以該相機(jī)可用于光強(qiáng)度量化。不過，這種穩(wěn)定的圖像質(zhì)量和絕對(duì)溫度沒有直接的聯(lián)系：保持圖像傳感器在低溫環(huán)境并不重要，而嚴(yán)格地控制并穩(wěn)定它的溫度是更為重要的。圖 1 中每小時(shí)的暗信號(hào)漂移或變化約為 0.5 [count]，這意味著它非常穩(wěn)定。
減少暗電流
冷卻的另一個(gè)原因是可以降低噪音。在光敏像元中存在與溫度相關(guān)的噪聲源，可以通過冷卻將其最小化。還存在溫度產(chǎn)生電荷載流子的可能性，這些電荷載流子被稱為暗電流。與 CMOS 和 sCMOS 圖像傳感器相比，CCD 圖像傳感器的剩余優(yōu)勢(shì)之一是有較低的暗電流，而前者總是具有明顯更高的暗電流值。暗電流對(duì)信號(hào)的貢獻(xiàn)取決于曝光時(shí)間和工作溫度。如果我們查看圖像傳感器或相機(jī)的暗信號(hào) μd，就會(huì)發(fā)現(xiàn)與溫度無關(guān)的部分 μd.0 和與溫度相關(guān)的部分 μtherm。μtherm與曝光時(shí)間呈線性關(guān)系，等于暗電流 μI（單位 = [e-/(pixel *s)]）乘以曝光時(shí)間 texp：
根據(jù)誤差傳播定律，暗信號(hào)的方差為：
因?yàn)闊岣袘?yīng)電子是泊松分布的，光感應(yīng)電子也是如此，