如何决定科学数码相机选择为您的研究

的主要形式高性能科学相机包括:

-流行的电荷耦合设备相机-CCD相机，
-电子倍增电荷耦合装置相机-EMCCD相机，
-互补金属氧化物半导体相机-sCMOS相机,;
-图像增强CCD相机-ICCD相机．

在前三个探测器中，硅二极管光电传感器(通常称为像素)耦合到电荷存储区域，然后连接到放大器，读出累积电荷的数量。入射光子产生电子电荷，电子电荷被存储在电荷存储区。如果入射光子有足够的能量，并且在损耗区被吸收，它们就会释放出一个电子，这个电子可以作为电荷被检测到。硅的透射和吸收特性定义了探测器的光谱响应，这将在另一节中进一步解释。

在一个CCD通常，整个阵列的角落只有一个放大器，存储的电荷依次通过并行寄存器传输到线性串行寄存器，然后传输到与读出放大器相邻的输出节点。CCD传感器最早是在60年代后期开发出来的，现在技术已经相对成熟。CCD的性能已经推动了光检测效率的边界，并降低了来自暗信号或放大器读出的噪声。CCD的一个缺点是，CCD本质上是一个串行读出装置，低噪声性能只能以较慢的读出速度为代价。CMOS相机可以在中等灵敏度的情况下实现高帧率。

在互补金属氧化物半导体探测器，每个单独的光传感器或更典型的每一列光传感器都有一个放大器。一行像素可以与寻址寄存器选择的行并行读出，或者可以由列多路复用器选择单个像素。CMOS器件本质上是一个并行读出器件，因此可以实现更高的读出速度，特别是成像应用所要求的速度。bob综合app官网登录然而，CMOS探测器技术仍然需要相当大的发展，以与CCD在科学应用中的性能竞争。bob综合app官网登录为了实现并行读出，CMOS放大器使用多个放大器，每个放大器都有自己的增益、线性度和噪声性能变化。补偿当前CMOS器件状态的变化在大范围的照明水平和科学应用所需的精度上是困难的。bob综合app官网登录EMCCD摄像机可以实现高灵敏度的高速读出。

的EMCCD本质上和CCD有相同的结构，只是增加了一个非常重要的特征。存储的电荷像以前一样通过并行寄存器传输到线性寄存器，但现在在输出节点读取之前，电荷通过额外的寄存器转移，其中电荷被放大的乘法寄存器。因此，信号可以被放大到放大器的读出噪声以上，因此EMCCD比CCD具有更高的灵敏度。

emccd使用与ccd类似的结构，并且在它们所能达到的最小暴露时间上受到类似的限制。强化CCD相机可以实现超短曝光时间。

在像增强器中，感光表面(光电阴极)捕获入射光子并产生被感知和放大的电子电荷。

光电阴极在性质上与光电倍增管(pmt)的光敏区相似，后者广泛用于共聚焦显微镜和光谱仪。当光子落在光电阴极上时，它们利用入射光子的能量来释放电子。然后，被释放的电子被加速到一个由一系列被称为微通道板的角度管组成的电子倍增器。在高电压的加速势作用下，入射的电子获得足够的能量来撞击额外的电子，从而放大原始信号

该信号可以通过几种方式检测，要么使用CCD(也称为EBCCD电子轰击电荷耦合装置)直接检测，要么使用荧光粉和CCD间接检测。

的ICCD通过在光电阴极和MCP之间使用脉冲栅电压，可以实现较短的曝光时间。通过施加一个小的正电压，由光电阴极释放的电子可以被抑制，因此不被检测到。通过将电压转换为负电压，来自光电阴极的电子通过间隙加速到MCP，在那里它们可以被放大和检测。因此，通过施加适当的短电压脉冲，增强器可以在亚纳秒间隔内有效地打开和关闭。ICCD相机可用于需要短曝光时间或门控的应用，如libob综合app官网登录b或燃烧研究。

相机之间的选择

CCD相机是大多数需要灵敏度或动态范围的科学应用的首选相机。bob综合app官网登录CCD传感器选项的绝对范围提供了选择从天文学到光谱学应用范围内的最佳整体特性的传感器的前景。bob综合app官网登录CCD技术相对成熟，CMOS技术还需要较大的发展才能在科学应用上与CCD竞争。bob综合app官网登录

EMCCD相机在高灵敏度需要与高速相结合的应用中工作得最好，bob综合app官网登录如荧光显微镜或超快速光谱。EMCCD是一种相对较新的技术，目前可用的传感器格式范围仍然相当有限。在未来几年，随着可用格式的增加，这些传感器预计将变得更快。结合了CCD和CMOS技术的混合传感器可以提供优于CCD或CMOS体探测器的性能。它们看起来是更好的长期选择，但在商业上可行之前，仍需要大量的开发。特别是为了克服与补偿多放大器的变化有关的问题。

许多适用于ccd的原则也适用于其他相机格式。在下一节中，我们将介绍CCD的特性，然后在后面的部分中更详细地介绍emccd和iccd，并重点介绍它们的特性差异。