成像技術的最新發(fā)展，科學 CMOS (sCMOS) 傳感器同時提供高靈敏度、快速讀出速度和低噪聲，且不會增加與 EM-CCD 相關的倍增噪聲。高靈敏度和低噪聲的結合確保了低光成像期間的高信噪比。這些圖像傳感器的像素由光電二極管和將電荷轉換為電壓的放大器組成。通過逐一打開開關來輸出每個像素的電壓，通過片內列放大器和A/D并行、同時讀取每一水平行的數據。這導致讀出速度非常快，同時保持讀出噪聲非常低。Hamamatsu sCMOS 相機旨在提供前所未有的靈敏度(由于高 QE 和低噪聲)、最小的像素增益變化和快速的幀速率。

下面列出了流行的相機。

柱形圖

相機規(guī)格對相對 SNR 的影響。從歷史上看，N r一直是用于定義靈敏度的主要相機規(guī)格。憑借第二代 sCMOS 的性能，了解 QE、N r和 F n如何影響 SNR 至關重要。紫色線是完美相機的相對信噪比。該線上方的數字表示一系列強度下的 SNR 比，SNR = 1 由每條曲線上的星號表示。因為這是一臺完美的相機，所以這些 SNR 僅受光子散粒噪聲的限制。對于該圖上的三個真實相機中的每一個，下面都有代表每條曲線區(qū)域的條形。在區(qū)域 (A) 所示的最低光照水平下，N r主導相對 SNR 計算(S < N r 2/(QE*F n 2 ) 和散粒噪聲主導區(qū)域的交叉是該低光區(qū)域的上邊界(三角形，ORCA-Flash4.0 為 2.3 個光子，CCD 為 50 個光子)。 (B) 區(qū)域是中間區(qū)域，其中 N r、eQE 和 F n都對相對 SNR 做出貢獻。我們將該區(qū)域的上邊界定義為曲線為該相機最大相對 SNR 95% 的點(箭頭，ORCA-Flash4.0 為 20 個光子，而 CCD 為 550 個光子)。 (C) 區(qū)域是高光區(qū)域，其中 eQE 是唯一重要的相機參數(垂直括號所示的 SNR 損失)。這三個區(qū)域很容易為 ORCA-Flash4.0 和行間 CCD 定義，兩者都具有 F n= 1. 對于 EM-CCD，曲線是平坦的。除了在最低光照水平下之外，EMCCD 曲線幾乎完全反映了完美相機的形狀，只是 SNR 降低到了完美相機值的 0.68。因此，很明顯，盡管 N r較低且表觀 QE 較高，但 EM-CCD 的 SNR 受 F n = 1.4 的影響很大，并且 EM-CCD 中的所有輸入光水平都位于 eQE 占主導地位的區(qū)域。

第二代 ORCA-Flash4.0 和第一代 sCMOS 相機之間的圖像均勻性比較。 (A) sCMOS 需要仔細的傳感器和相機設計，以確保圖像中每個像素的統(tǒng)一響應。 ORCA-Flash4.0具有出色的圖像均勻性。 (B) 第一代 sCMOS 顯示垂直條紋。由于此類圖案在低光照水平下可能不會出現，因此在其他強度下尋找這些條紋非常重要。

審核編輯 黃宇