如果希望提升科研級(jí)CCD相機(jī)成像的信噪比，改善信號(hào)較弱時(shí)的成像質(zhì)量，在相機(jī)選型、使用中我們要注意哪些因素呢？
大致來(lái)說(shuō)，可以從以下6個(gè)方面來(lái)綜合考慮：
曝光時(shí)間
光學(xué)系統(tǒng)的素質(zhì)
像素尺寸
制冷與暗電流
量子效率
讀出噪聲（R）
影響科研級(jí)CCD相機(jī)信噪比的因素（1）——曝光時(shí)間
無(wú)論是從大家日常的理解還是從信噪比公式中，我們都很容易得出曝光時(shí)間（t）越長(zhǎng)，信噪比越高的結(jié)論。
然而，曝光時(shí)間長(zhǎng)了，幀速就無(wú)法得到保障。曝光時(shí)間為1s的時(shí)候，無(wú)論如何幀速也是無(wú)法超過(guò)1幀/秒的。
小結(jié)：曝光時(shí)間的延長(zhǎng)能夠提升信噪比，但是會(huì)損失幀速。
影響信噪比的因素（2）——光學(xué)系統(tǒng)的素質(zhì)
對(duì)于同一樣品發(fā)出的信號(hào)，光學(xué)系統(tǒng)直接影響到落到相機(jī)上的光信號(hào)強(qiáng)度（即公式中的"P"）。對(duì)于顯微成像而言，常見的的提升方式就是選擇更好的物鏡；一般而言，數(shù)值孔徑（NA）越大，物鏡對(duì)信號(hào)的收集能力越強(qiáng)。
影響信噪比的因素（3）——像素尺寸
像素尺寸也是影響信噪比公式中的"P"（入射的光子數(shù)目）；像素尺寸越大，落到一個(gè)像素上的光子就越多。在其他參數(shù)都一致的情況下，信噪比自然就越高。但過(guò)大的像素尺寸會(huì)損失相機(jī)的分辨率。
小結(jié)：在不調(diào)節(jié)光路僅僅更換相機(jī)的情況下（這是非常常見的場(chǎng)景），采用更大像素尺寸的相機(jī)在增加信噪比的同時(shí)往往會(huì)降低圖像的分辨率。
影響信噪比的因素（4）——制冷與暗電流
由于暗電流（信噪比公式中的"D"）來(lái)源于材料中電子的熱運(yùn)動(dòng)，所以芯片溫度越高，暗電流越大；對(duì)于同一芯片，近似的規(guī)律是溫度每下降10度，暗電流減小一半。
當(dāng)前市場(chǎng)上的中科研相機(jī)的暗電流通常都很小，在1s以下曝光時(shí)間時(shí)，暗噪聲相比于讀出噪聲通?？梢院雎?。但由于暗電流隨曝光時(shí)間會(huì)積累，所以越是長(zhǎng)曝光時(shí)間的應(yīng)用，制冷就越重要。
影響信噪比的因素（5）——量子效率
量子效率（即信噪比中的QE）為光子在相機(jī)像素上轉(zhuǎn)換成為電子的比例。同樣是100個(gè)光子落到一個(gè)像素上，QE82%意味著相機(jī)能夠轉(zhuǎn)換得到82個(gè)電子；QE72%則代表能轉(zhuǎn)換得到72個(gè)電子。顯然，QE越高，相機(jī)的信噪比越高。
影響信噪比的因素（6）——讀出噪聲（R）
在信號(hào)較弱的成像中，來(lái)自信號(hào)的散粒噪聲較小；而暗電流的散粒噪聲（即暗噪聲）在當(dāng)前的科研相機(jī)都是很低的，在曝光時(shí)間1s這個(gè)量級(jí)甚至更短的時(shí)候，暗噪聲通?？梢院雎?；此時(shí)讀出噪聲（即信噪比公式中的"R"）就稱為特別需要考量的因素了。
對(duì)于同樣的芯片，讀出噪聲的大小與讀出速度有關(guān)，無(wú)論對(duì)于CCD相機(jī)還是sCMOS相機(jī)，讀出速度越快，讀出噪聲越高。而sCMOS相對(duì)于CCD的一個(gè)核心優(yōu)勢(shì)，就是高速讀出時(shí)依然能夠保持極低的讀出噪聲。
讀出噪聲的重要性也使得其和QE一起變成了相機(jī)被重點(diǎn)關(guān)注的兩個(gè)參數(shù)。單純考察兩者中的一個(gè)優(yōu)勢(shì)并不能正確預(yù)測(cè)成像的信噪比。如圖9所示，同樣拍一個(gè)綠色熒光樣品，QE較高的ORCA-Spark成像質(zhì)量卻不如ORCA-Flash4.0LT，就是因?yàn)镺RCA-Flash4.0LT的讀出噪聲較低，綜合考慮時(shí)ORCA-Flash4.0LT的信噪比更好。
更新時(shí)間：2021-04-19
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