如何决定为你的研究选择哪种科学数码相机

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，
-电子乘法电荷耦合装置相机,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)被耦合到一个电荷存储区，该存储区依次连接到一个放大器，读出累积电荷的数量。入射光子产生电子电荷，这些电荷被储存在电荷存储区。如果入射光子有足够的能量，它们在耗竭区被吸收，它们释放出一个电子，可以作为电荷探测到。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，在整个阵列的角落通常只有一个放大器，存储的电荷通过并行寄存器顺序地传输到一个线性串行寄存器，然后到与读出放大器相邻的输出节点。CCD传感器最早是在60年代末开发出来的，现在的技术相对成熟。CCD的性能提高了光检测的效率，降低了暗信号或放大器读出的噪声。CCD的一个缺点是它本质上是一个串行读出装置，低噪声的性能只能以缓慢的读出速度为代价来实现。CMOS相机可以实现高帧率与适度的灵敏度。

在互补金属氧化物半导体探测器，每一个单独的光敏元件或更典型的每一列光敏元件都有一个与之相关的放大器。可以与寻址寄存器选择的行并行读出一行像素，或者可以通过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，因此可以实现成像应用程序特别需要的更高的读出速度。万博电脑网页版登录然而，CMOS探测器技术在科学应用中仍需要相当大的发展才能与CCD相抗衡。万博电脑网页版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。在广泛的照明水平和科学应用所需的精度范围内，补偿当前最先进CMOS器件状态的变化是困难的。万博电脑网页版登录EMCCD相机可以实现高灵敏度的高速读数。

的EMCCD与CCD的结构基本相同，只是增加了一个非常重要的特性。存储的电荷像以前一样通过并行寄存器转移到线性寄存器，但在输出节点读取之前，电荷通过一个附加寄存器转移，即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之上，因此EMCCD可以具有比CCD更高的灵敏度。

电荷耦合器件的结构与电荷耦合器件相似，并且在最小曝光时间内也受到类似的限制。强化CCD相机可实现超短曝光时间。

在图像增强器中，光敏表面(光电阴极)捕获入射光子并产生被感知和放大的电荷。

光电阴极在性质上类似于光电倍增管(PMTs)的光敏区，后者广泛用于共焦显微镜和光谱仪。当光子落在光电阴极上时，它们利用入射光子的能量释放电子。然后，释放的电子被加速向一个电子倍增器，该倍增器由一系列被称为微通道板的倾斜管组成。在高电压的加速势下，入射电子获得足够的能量来敲掉额外的电子，从而放大原始信号

这种信号可以通过几种方式被检测到，要么是直接使用CCD(也称为EBCCD电子轰击电荷耦合装置)，要么是间接使用荧光粉和CCD。

的ICCD可以利用光电阴极和MCP之间的脉冲栅电压实现短曝光时间。通过施加一个小的正电压，被光电阴极解放出来的电子就可以被抑制，从而不被检测到。通过将电压转换为负电压，来自光电阴极的电子被加速穿过间隙到MCP，在那里它们可以被放大和检测。通过施加适当的短电压脉冲，增强器因此可以在亚纳秒间隔内有效地开启和关闭。ICCD相机在需要短曝光时间或门控的应用中得到了应用万博电脑网页版登录，如LIBs或燃烧研究。

选择相机

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。万博电脑网页版登录CCD传感器的选择范围为从天文学到光谱学的应用选择最佳整体特性的传感器提供了前景。万博电脑网页版登录CCD技术相对成熟，而CMOS技术在科学应用上要想与CCD竞争，还需要很大的发展。万博电脑网页版登录

EMCCD相机在需要高灵敏度与高速耦合的应用中工作得最好，如万博电脑网页版登录荧光显微镜或超快光谱。EMCCD是一项相对较新的技术，目前可用的传感器格式范围仍然相当有限。在未来的几年里，随着越来越多的格式的出现，这些传感器的速度预计会越来越快。结合CCD和CMOS技术的混合传感器可能提供比CCD或CMOS整体探测器更好的性能。它们看起来是更好的长期选择，但在它们具备商业可行性之前，仍需要大量的开发。特别是克服了与补偿倍数放大器的变化相关的问题。

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，然后在稍后的部分更详细介绍emccd和ICCDs，并强调它们的特性的不同。