sCMOS vs EMCCD
ccd与cmos传感技术的原理、作用及其区别对比详解
ccd与cmos传感技术的原理、作用及其区别对比详解无论是CCD还是CMOS，它们都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，CCD/CMOS感光元件的核心都是一个感光二极管（photodiode），该二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度则与光照的强度对应。
但在周边组成上，CCD的感光元件与CMOS的感光元件并不相同，前者的感光元件除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大多数面积—换一种说法就是，CCD感光元件中的有效感光面积较大，在同等条件下可接收到较强的光信号，对应的输出电信号也更明晰。
而CMOS感光元件的构成就比较复杂，除处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，每个像点的构成为一个感光二极管和三颗晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分，造成CMOS传感器的开口率远低于CCD （开口率：有效感光区域与整个感光元件的面积比值）；这样在接受同等光照及元件大小相同的情况下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信号就明显小于CCD元件，灵敏度较低；体现在输出结果上，就是CMOS传感器捕捉到的图像内容不如CCD传感器来得丰富，图像细节丢失情况严重且噪声明显，这也是早期CMOS 传感器只能用于低端场合的一大原因。
CMOS开口率低造成的另一个麻烦在于，它的像素点密度无法做到媲美CCD的地步，因为随着密度的提高，感光元件的比重面积将因此缩小，而CMOS开口率太低，有效感光区域小得可怜，图像细节丢失情况会愈为严重。
因此在传感器尺寸相同的前提下，CCD 的像素规模总是高于同时期的CMOS传感器，这也是CMOS长期以来都未能进入主流数码相机市场的重要原因之一。
每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件只能感应光的强度，无法捕获色彩信息，因此必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。
在这方面，不同的传感器厂商有不同的解决方案，最常用的做法是覆盖RGB红绿蓝三色滤光片，以1：2：1的构成由四个像点构成一个彩色像素（即红蓝滤光片分别覆盖一个像点，剩下的两个像点都覆盖绿色滤光片），采取这种比例的原因是人眼对绿色较为敏感。
CMOS与CCD的较量共5页
CMOS与CCD的较量引言早期，CCD是无可争议的霸主，绝大部分数码相机都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端单反相机型号上采用CMOS元件。
不过近年来，CMOS 发展势头迅猛，几乎已经在家用单反相机中一统江湖，因此很多分析人士认为，未来CMOS将取代CCD，成为数码相机的首选。
进入2010年，CCD 和CMOS的竞争已经进入了白热化阶段，CMOS越来越多地被消费类数码相机所采用。
1 目前数码相机的两种成像元件1.1 CCD图像传感器CCD(电荷耦合元件，Charge-coupled Device)是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号。
从结构上讲CCD分为三层，分别是“微型镜头”、“分色滤色片”和“感光层”。
为了提高CCD的采光率，就要增加单一像素的受光面积，但是一味提高采光率很容易导致画质下降。
而“微型镜头”层相当于在感光层前面加上一副眼镜，使得感光面积不受传感器的开口面积影响，而是通过微型镜片的表面积来控制感光面积。
CCD 的第二层是“分色滤色片”，用于分离RGB色彩。
CCD最为重要的是第三层“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源信号转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。
1.2 CMOS图像传感器CMOS(互补性氧化金属半导体，ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)，与CCD类似，在数码相机CMOS中也是可以记录光线变化的半导体。
它主要是由硅和锗这两种元素做成的，在CMOS上共存着带N(带正电)级和P(带负电)级的半导体，受光之后这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
然而，CMOS的缺点就是容易出现噪点，这主要是因为早期的设计结构使CMOS在处理快速变化的影像时由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
2 CCD与CMOS的优缺点比较CCD具有的优点很多，包括灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等。
CCD与CMOS摄像头在智能车竞赛中的选择
CCD 与CMOS 摄像头在智能车竞赛中的选择jjldc 九九原创首先，我们通过一篇来自网络的文章，从CCD 和CMOS 技术本身，来了解他们的区别。
文章来自网络： ===================================================== 有鉴于许多网友询问CCD 与CMOS 的主要差别。
我们暂时撇开复杂的技术文字，透过简单的比较来看这两种不同类型，作用相同的影像感光元件不管CCD 或CMOS ，基本上两者都是利用矽感光二极体（photodiode ）进行光与电的转换。
这种转换的原理与各位手上具备“太阳电能”电子计算机的“太阳能电 池”效应相近，光线越强、电力越强；反之，光线越弱、电力也越弱的道理，将光影像转换为电子数字信号。
比较CCD 和CMOS 的结构，ADC 的位置和数量是最大的不同。
简单的说，按我们在上一讲“CCD 感光元件的工作原理（上）”中所提之内容。
CCD 每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel ）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至CCD 旁的放大器进行放大，再串联ADC 输出；相对地，CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着ADC （放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。
两者优缺点的比较 j j l d c 九九 h t t p ://sh o p 35388432.t a o b a o .c o m由于构造上的基本差异，我们可以表列出两者在性能上的表现之不同。
CCD ，透过每一个像素集合至 CMOS 的制程较简单，没有专属通道的设计，因此必须先行放大再整合各个像素的资料。
整体来说，CCD 与CMOS 两种设计的应用，反应在成像效果上，形成包括ISO 感光度、制造成本、解析度、噪点与耗电量等，不同类型的差异：ISO 感光度差异：由于CMOS 每个像素包含了放大器与A/D 转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS 的感光度会低于CCD 。
CCD与CMOS的对比
CCD（ChagreCouledDevice），它的中文名字叫电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料。
他是由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的。
光线透过镜头照射到CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。
当你按动快门，CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片诞生了。
然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
目前主要有两种类型的CCD光敏元件，分别是线性CCD和矩阵性CCD。
线性CCD用于高分辨率的静态照相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。
这种CCD精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。
因此在很多场合不适用，不在今天我们讨论的范围里。
另一种是矩阵式CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次同时曝光。
通常矩阵式CCD用来处理色彩的方法有两种。
一种是将彩色滤镜嵌在CCD矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。
典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M两种排列方式。
这两种排列方式成像的原理都是一样的。
在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。
该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。
这就是大多数数码相机CCD的成像原理。
因为不是同点合成，其中包含着数学计算，因此这种CCD最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。
另一种处理方法是使用三棱镜，他将从镜头射入的光分成三束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色，然后使用三块CCD分别感光。
这些图象再合成出一个高分辨率、色彩精确的图象。
如300万像素的相机就是由三块300万像素的CCD来感光。
也就是可以做到同点合成，因此拍摄的照片清晰度相当高。
该方法的主要困难在于其中包含的数据太多。
CMOS和EMCCD在全局快门模式下的信噪比探讨
CMOS和EMCCD在全局快门模式下的信噪比探讨张晓阳;刘金国;孔德柱;李广泽;陈佳豫;彭畅;余达【摘要】全局快门在对地观测的超光谱成像、测绘及星敏应用中具有优势,但应用效果也依赖于高信噪比.针对CMOS成像特点,设计了可进行拉灌电流的低压基准源电路,基于低热光学变形的焦面电子学,提出上电初始态不定的多通道串行数据接收方法;针对全局快门所特有的寄生光灵敏度影响,采用分行统计中间行为基准的多点拟合校正方法;按照EMVA1288标准,将前照式CMOS成像系统与制冷背照式EMCCD进行了测试,校正前后单幅图像的标准差分别为3.37和0.42,最大信噪比为123.37,EMCCD的最大信噪比为359.43.结果表明,该校正方法可有效减弱全局快门的固定图形噪声,面阵CMOS在全局快门方式下的信噪比与EMCCD相比还有较大差距.【期刊名称】《电光与控制》【年(卷),期】2019(026)007【总页数】5页(P80-84)【关键词】全局快门;对地观测;超光谱成像;寄生光灵敏度;CMOS成像;EMCCD 【作者】张晓阳;刘金国;孔德柱;李广泽;陈佳豫;彭畅;余达【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院大学,北京 100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033;中国科学院大学,北京 100039;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,长春 130033【正文语种】中文【中图分类】TN386.5;P2310 引言EMCCD (Electron Multiplying Charge Coupled Device) 相机利用电子倍增技术有效地降低了读出噪声，使其能够探测到单分子发出的微弱荧光信号。
摄像机CCD与CMOS的比较
摄像机CCD与CMOS的比较很多人买相机很关心是多少万像素的，像素值当然很重要，其实还有一个很重要的指标是数码相机是采用CCD的还是CMOS的，这点大多数人比较容易忽略。
手机大部分使用的是CMOS，感觉没有相机好，相机使用的是CCD，所以比手机好些，当时索尼不知道为什么出了一款CMOS的DV机，并且说这个CMOS要比CCD的更好，现在都搞晕了，到底CCD和CMOS哪种好？请看下面的资料：其实，CCD也有两种：全帧(full frame)的和隔行(interline)的。
这两种CCD的性能区别非常大。
总的来说，全帧的CCD性能最好、其次是隔行的CCD、CMOS的综合性能最差。
full frame CCD最突出的优势是分辨率和动态范围。
最弱的地方就是贵，耗电。
CMOS最差的地方是分辨率，动态范围和噪声。
优势就是便宜，省电。
interline CCD比CMOS强的地方在于噪声。
总的来说，两种CCD的颜色还原都比CMOS强。
现在一般的消费级数码相机，在宣传上都不说是Full frame CCD还是Interline CCD。
当然多数都是后者。
专业级的数码相机，肯定是前者。
所以，Full frame CCD 和Interline CCD 间的区别，都存在于专业级数码相机和消费级机之间。
当然，专业级数码相机彩用的大面积CCD带来的好处更突出。
cmos省电，发热少，成本相对较低，成像弱一点（在低端，小尺寸）。
CCD技术成熟，耗电点吧。
专业摄像用3CCD，专业单反用CMOS，至于哪个好，还真不好说。
尺寸，永远是最重要的。
比较 CCD 和 CMOS 的结构，ADC的位置和数量是最大的不同。
简单的说，按我们在上一讲“CCD 感光元件的工作原理（上）”中所提之内容。
CCD每曝光一次，在快门关闭后进行像素转移处理，将每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号依序传入“缓冲器”中，由底端的线路引导输出至 CCD 旁的放大器进行放大，再串联 ADC 输出；相对地，CMOS 的设计中每个像素旁就直接连着 ADC（放大兼类比数字信号转换器），讯号直接放大并转换成数字信号。
CCD与CMOS的技术与发展前景比较
CCD与CMOS的技术与发展前景比较CCD和CMOS在制造上的主要区别是CCD是集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称做金属氧化物的半导体材料上，工作原理没有本质的区别。
CCD制造工艺较复杂，采用CCD的摄像头价格都会相对比较贵。
成像方面：在相同像素下CCD的成像通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。
而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像质量和CCD还是有一定距离的。
但由于低廉的价格以及高度的整合性，因此在摄像头领域还是得到了广泛的应用。
CCD与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利用感光二极管进行光电转换，将图像转为数字数据，而其主要差异是数字数据传输的方式不同。
由于CCD可以在较大面积上非常有效、均匀地收集和转移产生的电荷并低噪声的测量，因此，在过去20年CCD技术一直是可见光子探测和图像捕获的主要技术。
但是最近10年，随着可以用工业标准制造的CMOS图像传感器的出现，光学测量技术的新纪元已经到来。
由于CMOS图像传感器具有诸如想元内放大、列并行结构，以及深亚微米CMOS处理等独特的优点，是的COMS在一些应用领域成为首选探测器。
到20世纪80年代末期，继CMOS多路开关取代CCD用于红外焦平面阵列的数据独处之后，不仅在低成本成像市场，而且在许多高性能的应用如高端静态数字照相机、高清晰度电视、空间探测及精密测量等方面，CMOS 想感器都有了长足的发展。
与通常CCD像感器不同，CMOS像感器可以在一个芯片甚至在每个像元上实现模拟和数字电路的功能，这样，不仅可以以新颖的、最优化的方法实现已有的光子探测方法，而且也可以用所谓的“智能像元”实现新的测量方法。
因此用于可见光探测的期间已经从CCD转向CMOS像感器。
CCD与CMOS传感器比较1.灵敏度差异由于CMOS传感器的每个像素由四个晶体管与一个感光二极管构成，使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积，因此在像素尺寸相同的情况喜爱，CMOS传感器的灵敏度低于CCD传感器。
CCD与CMOS的优劣之争
CCD与CMOS的优劣之争如果不是大幅面CMOS的成功，我们不可能拍摄到今天如此高质量的数码照片，可即便如此，还是有人固执地认为“还是CCD更好”、“CCD更有胶片味”，并一味地期盼着大幅面CCD的问世。
从原理上讲，两者前端的光电转换部分是相同的，不同的是感光之后的部分。
CCD是将感光后的电荷通过移位的方式，最终移动到寄存器的末端，然后放大并进行AD转换；移位电路不需要占用较多的硅表面即可实现，可以腾出更多的面积用于感光，噪声相对低一些，因为感光的电信号最后集中进行处理，还能保证较好的一致性。
CMOS则是基于标准的半导体工艺，对感光后的信号直接进行放大，再通过X-Y矩阵直接选中某一象素送到最终的AD转换部分，优点是制造工艺简单，个别失效的象素不会干扰整个器件的工作，缺点是因为信号分别处理，一致性差一些。
如果把两者的感光部分看作是窗户上的玻璃，那么它们的信号处理部分占用的硅片表面就相当于窗户框，只是CCD的框窄一些、CMOS的框更宽一点而已。
早期的CMOS器件确实比CCD差了许多，但随着半导体加工技术的进步，CMOS的框可以做得更窄，大幅面、高密度的CMOS器件也因此成为现实，并表现出良好的图象质量；而CCD因为需要一些特殊的工艺，大幅面器件的成品率难以提高，在应用上落在了CMOS的后面。
显然，就感光性能而言，CCD与CMOS本质上是一样的，不过是对电信号的处理方式不同罢了，反映到最终的照片上，两者也不会有明显的区别；至于“CCD 更有胶片味”，不知道是哪位老兄的首创，更是无从谈起。
镜头的颜色问题经常看到一些说法，某某镜头的颜色好、某某颜色准确等等，心里就纳闷：不同的镜头还有不同的颜色？如果说某款镜头成象更细腻，某镜头更锐利等，这容易理解，但具体到颜色问题似乎难以解释。
在黑白胶片时代，对颜色没有要求，镜头带有某种颜色是很正常的事情，但在彩色普及的今天，似乎有点说不过去。
任何镜头，最起码的要求是对可见光有良好的透过能力，反映到最终的成象上，只会有象质的高低，实在不该有颜色的变化。
CCD-EMCCD-CMOS-sCMOS简述
CCD-EMCCD-CMOS-sCMOS简述2014-11-251.概述与总结CCD：包含大量整齐排列的光电二极管像元，在光照下每个像元累积的电荷通过列与水平转移寄存器有序转移到CCD边缘进行输出，再经过一个放大器以及A/D电路进行处理最终形成图像。
EMCCD：在CCD的水平转移寄存器后增加一个增益寄存器, 使光生电子数放大上千倍，提高了灵敏度并降低读出噪声，但增加了乘性噪声。
CMOS：没有CCD结构中的转移寄存器，每个像元都连接各自的放大器以及A/D电路，具有更快的读出速度。
sCMOS: 为CCD/CMOS的复合结构：以CCD结构为基底，每一列都分别连接着两个放大器与A/D电路。
有着低噪声、高动态范围、高灵敏度等优点。
2.技术原理介绍电荷耦合元件（CCD）是显微数字成像领域中使用最广泛的图像传感器，其基本的光探测原理是内光电效应。
2009年诺贝尔物理学奖颁发给了威拉德·博伊尔和乔治·史密斯以表彰他们在1969年发明了CCD这一具有开创性以及深远应用的器件。
CCD包含大量的光电二极管像元，在光照下每个像元会发生电荷累积。
这些电荷通过（列与水平）转移寄存器有序地转移到CCD的边缘进行输出，最后经过（一个放大器以及A/D转换）电路处理行成图像。
后来，在CCD原本的结构基础上增加了增益寄存器使光生电荷的数量被放大了上千倍，显著提高了CCD的感光灵敏度，这就是电子倍增CCD（EMCCD）。
EMCCD具有超低噪声、高信噪比的优点，因此广泛地用于微弱荧光检测以及超高分辨成像。
到了90年代中期，数字相机开始使用互补金属氧化物半导体器件(CMOS)作为图像传感器。
CMOS是有源像元传感器，每个像元上有各自的放大器（以及A/D转换电路)，因此比起CCD，具有更快的读出速度。
此外，CMOS制造成本也相对低廉，很快就被用在手机行业。
2009年，Andor、Fairchild以及PCO提出图像传感器一种新的设计方式，发展了一种CCD/CMOS的复合结构，称为科学级CMOS（sCMOS)。
CCD和CMOS主要技术分析
CCD和CMOS主要技术分析CCD 和CMOS 是当前主要的两项成像技术，它们产生于不同的制造工艺背景，就当前技术言仍各具优劣。
选择CCD 或CMOS 摄像机应依据适用环境和要求，合适选用CCD 或CMOS 技术，便能使无论是交通抓拍，还是高清视频监控，只要应用到视觉成像技术，就会涉及到感光传感器即CCD 或CMOS成像技术。
CCD 和CMOS 主要技术特性比较对于交通抓拍和视频监控，对前端成像传感器CCD 和CMOS 比较关注的技术特性主要有以下几点。
电子快门Electronic Shutter电子快门用来控制芯片从开始到结束的电荷积分时间。
由于CCD 芯片暴露在光线下，即使把电荷转移也还会有电荷累积。
因此，如果被测的是运动目标，就会产生常说的Smear(拖影)现象。
CCD 是用行间转移(ILT)的方式解决电荷累积问题的，每个像素被分为感光区和电荷转移区，电荷转移区不感光，这样在曝光结束时先将电荷一次性转移到转移区，再读出，这样读出过程就没有电荷积分，不会产生因目标运动而引起的Smear 现象。
但显然ILT 方式减少了像素的感光面积，降低了灵敏度。
这时，通常在像素上增加微透镜来收集更多的电荷。
CMOS 芯片上电荷都是在每个像素上读出的，不存在CCD 芯片的问题，它的电子快门分Rolling shutter 和Global shutter 两种，Rolling shutter 通常采用的都是3T 像素结构，每次仅能对一行像素进行曝光控制(如帧率：Frame Rate另外一个需要重点考虑的是帧率。
对于CCD 感光器来说，抓拍和监控。
emccd scmos 成像原理
emccd scmos 成像原理EMCCD和sCMOS是现代科学研究领域中常用的成像原理。
它们是两种不同的图像传感器技术，可用于高灵敏度和高速成像。
以下将详细介绍EMCCD和sCMOS的成像原理。
EMCCD（增强型电荷耦合器件）是一种特殊的CCD（电荷耦合器件）图像传感器。
EMCCD通过在增强寄生光滞后结构中引入增益放大器来实现高增益。
当光子经过透镜进入EMCCD像素时，它们会打到感光区域，并引发电荷载流子。
在感光区域之外的每个像素都有一个增益放大器，能够放大电荷信号。
然后，这些放大后的信号被传输到图像读出电路，进行转换和处理。
EMCCD通过不断放大电荷信号来提高图像的信噪比，从而实现高灵敏度成像。
sCMOS（科学型CMOS）是一种新型的图像传感器技术，结合了CMOS和CCD的优点。
与传统的CCD不同，sCMOS使用了特殊的像素设计，有效地减少了暗噪声和读出噪声。
每个sCMOS像素都包含一个感光区域、一个信号放大器和一个AD转换器。
当光子进入感光区域时，它们会产生电荷，信号放大器会放大这些电荷。
然后，AD转换器将模拟信号转换为数字信号，并传输到图像读出电路进行进一步处理。
sCMOS通过优化器件结构和采用特殊的电路设计，同时实现了高灵敏度和高速成像。
EMCCD和sCMOS具有各自的优点和适用领域。
由于EMCCD具有极高的增益和低噪声水平，适用于对弱光条件下的高灵敏度成像需求，例如荧光显微镜、光谱成像和生物医学研究。
而sCMOS则适用于需要高速成像和宽动态范围的应用，例如实时荧光成像、高速光学显微镜和天文学观测。
总结起来，EMCCD利用增益放大器提高信噪比，实现高灵敏度成像；而sCMOS通过优化像素结构和电路设计，实现高速成像和低噪声水平。
这两种成像原理在不同的应用场景下发挥着重要的作用，并推动了科学研究的进展。
转盘共聚焦和点扫描的比较
点扫描众所周知比较慢，如果是快扫，图像质量会下降，为什么？因为如果扫描快了，在每个点上停留的时间就短了，相当于曝光时间短了，自然就信噪比差了，或者增大激光强度，这样光票白就更大了，现在出现了HyD探测器，快扫要好很多。我觉的关于光毒性，主要决定于探测器的灵敏度，与扫描方式没关系，因为转盘共聚焦是用EMCCD成像，灵敏度比任何PMT都好很多，所以光毒性就小一些，适合于活细胞实验。转盘共聚焦的速度扫描头不是瓶颈，瓶颈在于相机，并且与同步控制没有关系（其实没有专门的转盘同步控制，也不需要），相机瓶颈一个是读取速度，EMCCD全画幅最快可以60fps, ROI 会更快，但是通常我觉的还是受限于曝光时间。sCOMS 读出速度更快，100fps,??512X 512 400fps, 你想200fps, 至少需要5ms 的曝光，那得是非常强的荧光啊！sCOMS 很难做到5ms, 所以要做非常快速实验我觉的还是EMCCD靠谱。 ?
3.灵敏度???
一个是整体系统的光通过效率，还有最重要的就是探测器，EMCCD比PMT灵敏，所以灵敏度方面转盘共聚焦有明显优势。
关于spinning disk confocal and laser scanning 的区别 ?
1.分辨率：首先是物镜决定了真实的分辨率，具体点是NA值，比如你的物镜分辨率达到光学分辨率极限200nm, 物镜100X， 到达探测器的最小点是20um, 根据尼奎斯特定律，探测器的分辨率至少需要10um, 所以是探测器探测的最小像素点大小决定了它的分辨能力，不管是8000X8000,2000X2000，没有多大意义，关键是要看你扫描多大的区域有多少个像素，当你的物镜NA值和倍数，扫描视野定了之后，你就可以算出你需要的像素，也就是像素点的大小。各个厂家的扫描视野不一样，需要的分辨率就不一样，总体来说，NA越高，需要的分辨率越高，倍数越低需要的分辨率越高，同样是40X ，1.3 和40,0.7 的物镜，1.3 的就比0.7的要高很多，10,1.0和100,1.0,10X的物镜需要的分辨率就要比100X的高10倍。所以8000X8000 也不是绝对没有意义（具体没算过）。关于分辨率的方面，点扫共聚焦确实比转盘共聚焦有优势，因为它是靠激光单点扫描，可以根据不同物镜，不同扫描视野大小任意控制扫描像素点的大小。Z轴分辨率方面一样，也是与NA值和放大倍数有关，需要的pinhole size 大小就不一样，点扫描共聚焦可以任意控制针孔的大小，所以Z轴分辨率上也好很多。关于转盘共聚焦，它是靠多针孔的扫描盘转动，激光束不动来成像，转盘其实也不需要什么控制器同步，只是需要转速和曝光时间同步就可，最后是camera成像，所以转盘共聚焦 的分辨率有camera决定，一旦camera 定了，你的分辨率就定了，理论上说camera的pixel size 越小越好，分辨率就越高，但是如果太小的话，它的满井电子就很小，动态范围就很小，真正的分辨率反而是下降。EMCCD通常的像素点大小是16um, 所以它的分辨率就差一些 ，能满足几乎60倍以上的物镜（可以自己算），针孔方面，yokogawa X1 的针孔大小是50um, 也是比较适合60倍以上的物镜，还有一个问题就是转盘共聚焦的串孔问题，X1的针孔间距是250um, 什么是穿孔呢？当样品比较厚的时候，焦平面意外的信号就会从附近的孔串过，信噪比就会差。这一方面点扫共聚焦比较有优势。所以转盘共聚焦想兼顾分辨率和灵敏度，最好选择两个camera, sCMOS 是很好的选着，分辨率6.5um 的像素点可以满足大部分物镜，速度2560X2160，可以100pfs(实际速度受限于曝光时间），关键是它的读出噪音很低，动态范围比EMCCD还大很多，EMCCD的读出噪音其实很大，它是靠EM增益寄存器扩增电子，提高信噪比，但是这样dynamic range 就下降了。sCOMS 视野对角线是21.9，能赶上最大的点扫描共聚焦了。还有一个问题就是X1扫描头的视野是10mmX7mm, 通常还要一个1.2的接口，所以8mm X 8mm 的EMCCD视野实际上也就是6.6mm X6.6mm ?
高灵敏度相机的原理分析
高灵敏度相机的原理分析高灵敏度相机是指成像器件能探测到光子数小于500个，对微弱光进行成像。
高灵敏度相机可以分为进行单光子探测的ICCD，在10个光子数下有优势的EMCCD，在高分辨率高速度且高灵敏下的SCMOS，为降低热噪声提高灵敏度的制冷型CCD原理目标物体在相机的芯片上形成的每个信号都反映了投射在相机像素上的光线量。
在光线较暗的情况下，该信号非常弱。
高灵敏度相机内的电子元件可增强较弱的信号，使其能够有效地数字化并传输。
（1）EM增益——高灵敏度EMCCD技术，有时也被称作“片上增益”技术，是一种全新的微弱光信号增强探测技术。
它与普通的科学级CCD探测器的主要区别在于其读出寄存器后又接续有一串“增益寄存器”，它的电极结构不同于转移寄存器，信号电荷在这里得到增益。
EMCCD也可采用背照式结构，把高达90%的量子效率与电荷倍增向结合，提高灵敏度，从而提供高帧速率情况下的低照度响应。
温度对片上倍增增益的影响明显。
温度越低，由依次电子产生的二次电子越多，则片上倍增增益越高。
研究表明把探测器制冷到-30摄氏度或更低时，片上增益可以超过1000倍。
EMCCD良好的性能取决于CCD温度的选择以及温度随环境波动的控制。
（2）ICCD成像技术ICCD是新一代增强型相机，灵敏度非常高，可进行单光子探测，适用于UV、VS、NIR等多种波段。
具有纳秒级门控和相关控制模块为微光及时间分辨提供可靠的性能保证。
ICCD主要由像增强器和CCD耦合而成，包括像增强器，CCD和中继耦合组件等几部分；入射光经过物镜打到像增强器的光阴极上，由于光电效应转换成电子图像，电子图像耦合到微通道板，在微通道板的每个光纤通道内电子不断撞击，产生约100倍的电子，放大的电子从微通道板射出撞击荧光屏，重新激发出光子图像，再经过中继器投射在CCD上成像。
像增强器与CCD的耦合及微通道板的结构。
对于ICCD而言，其像增强器门控装置所能产生超短的曝光时间才是其在具体应用中的特点，也是sCMOS,EMCCD，制冷CCD等其他高灵敏度相机所不能比拟，不能取代的。
CMOS传感器叫板CCD 看谁更牛
CMOS 传感器叫板CCD 看谁更牛
高清监控需要哪些支持
在摄像领域中，CCD 与CMOS 的争锋似乎不亚于一场艰难的阻击战，对方每一个薄弱的环节似乎都成了对方的主攻点，那幺在网络监控领域，到底谁更吃香呢?
作为网络监控的核心组件之一，CCD 与CMOS 的区别大家已经很明确了。
以性能来区分，他们基本主要体现在灵敏度，噪点处理以及功耗等方面。
一般情况下，在像素没有太大区别的情况下，CMOS 的灵敏度显然要比CCD 传感器的灵敏度下降很多，这也是CCD 与CMOS 传感器在成像效果最显着的区别。
因此，我们在市面常见的低照度标清摄像机基本都已CCD 技术作为自己的传感设备。
此外，在相同大小传感器的对比中，CCD 的分辨率一般也要比CMOS 高出不少。
因此，标清时代的CCD 芯片无疑比CMOS 更受青睐。
2C 比拼S 更胜一筹。
高清监控角逐 CCD与CMOS传感器终极战
高清监控角逐CCD 与CMOS 传感器终极战
说起监控摄像机，恐怕没有谁会对CCD和CMOS感到陌生。
特别是
针对高清监控，究竟哪款传感器更符合高清本质，一直颇受业内争议，无论在
成本还是在成像效果上，二者差距有多大，而这些差距能否通过视觉来判断，
还有待研究。
CCD与CMOS最明显的差别
CCD与CMOS传感器是监控摄像机核心组成部分，尽管很多人都傻傻分不清他们之间的不同，但是在灵敏度、降噪和能耗方面有明显区别。
各有利弊，没有完胜的赢家，也没有完败的输家。
在像素相同的情况下，CCD传感器灵敏度优于CMOS;在相同尺寸的情况下，CCD需要的光比CMOS传感器多。
在实际应用中，低光照环境下CMOS
表现平平，究竟什么原因使得该传感器成为高清摄像机首选。
高清监控角逐CCD与CMOS传感器终极战
按照目前安防市场上的监控摄像机来看，内置CMOS传感器的监控摄像
机价格走极端化，或是最便宜的监控摄像机，或是高端高清监控摄像机。
从价
格方面来说，CMOS价格比CCD低，因此更适用于中低端产品。
室外监控摄像机传感器要选好
而在成像方面，CMOS宽动态范围也比CCD大，尽管后者具备了低功耗、细节清晰、CMOS传感器在寻找什么?
从理论上讲，两块相同尺寸的传感器CCD比CMOS可以获取更高的分
辨率，而在实践中，传感器供应商能够轻松克服空间限制，使用较大尺寸的传
感器以获得更丰富的光源，提供更清晰的国内监控摄像机中，大多使用索尼和。
活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用
活细胞成像系统中两种新图像传感器及其应用刘丽娜; 薛冰; 魏华; 李华; 薛奋勤; 许晴【期刊名称】《《激光生物学报》》【年(卷),期】2019(028)006【总页数】5页(P513-517)【关键词】图像传感器; 活细胞成像; 电子倍增电子耦合元件; 科学互补金属氧化物半导体【作者】刘丽娜; 薛冰; 魏华; 李华; 薛奋勤; 许晴【作者单位】首都医科大学中心实验室北京 100069【正文语种】中文【中图分类】TP212.9得益于荧光标记技术、光学技术、电子技术和数据处理的快速发展，活细胞荧光成像技术也得到了很快的发展，已经从围绕荧光显微镜，荧光灯和光电倍增管的简单系统发展成为利用固态光源和电子倍增的高度复杂的配置系统，时间分辨率可以达到毫秒级别。
其现已成为生物医学等基础科研中的一个强大工具。
但时间和空间分辨率的提高以及如何降低光毒性以便长时间的保持细胞的活性依旧是活细胞成像关键。
从根本上可以将其总结为对图像传感器的灵敏度和速度要求。
图像传感器的作用是把样本发出的荧光光子转换为电荷，收集和存储电荷，最后转移和读取信号[1]。
目前用于活细胞成像的有电子耦合元件(charged-coupleddevice，CCD)、单点探测器光电倍增管(photomultiplier,PMT)、电子倍增电子耦合元件(electron-multiplying charged-coupled device，EMCCD)、补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)、科学互补金属氧化物半导体(scientific complementary metal-oxide semiconductor，sCMOS)。
这其中，CCD使用的最早，但噪声抑制差，目前主要用于明场成像，比如膜片钳；PMT灵敏度高，但其速度慢，光漂白明显，不能长时间连续观察，限制了其在活细胞的进一步应用；目前主要应用于固定细胞的观察。
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Product Demonstration Hints
Camera Selection
- First choice, Edge 4.2 due to its higher quantum efficiency
sCMOS Sensor Design: 5T vs. 4T
5T – 5 Transistor allowing for both Global Shutter
(Snap Shot) and Rolling Shutter modes.
4T – 4 Transistor with only Rolling Shutter as it
clocking and use of a pulsed light source.
Single Molecule Imaging
A concept often related with
- Low light microscopy applications, such as
Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy (TIRF) Super Resolution Microscopy Forster Resonance Energy Transfer (FRET) Fluorescence Correlation Microscopy (FCS) Ca+ Imaging Chemical or biological n or peptides) study Microfluidics study
> 60%
27,000: 1 1.1e (slow scan) 1.5e (fast scan) 100fps (fast scan) Global and Rolling
> 70%
33,000: 1 0.9e (slow scan) 1.0e (fast scan) 100fps (fast scan) Rolling
-
It is often fluorescence based
Single Molecule Imaging
What are the challenges?
- Limited amount of photons are produced in the experiment,
which could be due to: Sample optical property or Experiment speed requirement - To protect the samples from photo-bleaching or photo-toxicity, one needs to: Lower excitation power Shorten the exposure time
27000 – 36000, but the dynamic range for an EMCCD will drastically reduce when its EM Gain or readout speed is increased.
Merits of sCMOS
Some additional references of sCMOS for Single
Parameters Resolution Pixel Size 5T 5.5Mpixels (2560x2160) 6.5 µm x 6.5 µm 4T 4.2 Mpixels (2048x2048) 6.5 µm x 6.5 µm
Quantum Efficiency
Typical Dynamic Range Read Noise (median) Frame rate Shutter modes
lacks the 5th transistor which is used to reset the pixels for Snap Shot or Global Shutter mode. - Possible to achieve pseudo-global shutter mode with special
Camera PCO Edge 5.5 Sensor Format / Diagonal 16.6 mm x 14.0 mm / 21.8 mm
PCO Edge 4.2
512 EMCCD
(Andor Ultra/897, PI ProEM512B
13.3 mm x 13.3 mm / 18.8 mm
sCMOS against EMCCD for Single Molecule Imaging sufficiently - In the stage of product demonstration or even a side-by-side comparison with EMCCD, ensure we tune the camera performance to have the best match with experimental condition and requirement
Molecule Imaging - Huang et.al. (Video-rate nanoscopy using sCMOS camera–
specific single-molecule localization algorithms, Nature Methods), “demonstrate single-molecule localization superresolution imaging at rates of up to 32 reconstructed images per second in fixed and living cells.” - Bruchez, et. al. (Evaluation of sCMOS cameras for detection and localization of single Cy5 molecules, Optical Express), concludes that “The ability of sCMOS cameras to accurately and quantitatively measure single molecule position and intensity may provide scientists engaged in such studies an attractive alternative to EMCCD cameras, one that can serve both as a high-resolution camera and a high sensitivity, high accuracy single molecule localization system.”
Merits of sCMOS
- Better spatial resolution. A microscope setup usually
requires a small pixel size to match or fully utilize its resolution capability. If the camera pixel is too large, either some resolution will be lost or a magnifier is needed which increases cost and reduces image quality. EMCCD pixel sizes are usually between 13 - 16µm, much larger than sCMOS pixel size 6.5 µm
Single Molecule Imaging
A deep cooled, back-illuminated (high QE) EMCCD
is the often choice, but.. Our analysis and experience shows sCMOS has a good position and market potential in this area, and we need to educate the clients on the benefits of sCMOS: - In the initial discussion, ensure we highlight the advantages of
8.2 mm x 8.2 mm / 11.6 mm
1024 EMCCD
(Andor Ultra/888, PI ProEM1024)
13.3 mm x 13.3 mm / 18.8 mm
Merits of sCMOS
- Higher speed.
calcium spark imaging often needs a speed of at least 200FPS fluorescence correlation microscopy imaging may need a speed
Challenges with EMCCD Technology
Ageing
- Some EMCCD’s need to be sent back for re-calibration Cost - About 1.5 – 2 times more expensive than a sCMOS
of 500FPS.
Camera PCO Edge 5.5 PCO Edge 4.2 Andor Ultra 897 Andor Ultra 888 PI ProEM HS 512BX3
Speed 838FPS @ 2560X256 800FPS @ 2048X256 174FPS @ 256X256 (Optically Centred Mode) 251FPS @ 256X256 (Optically Centred Mode) 201.6FPS @ 256X172 (High Speed CCD Readout Mode)