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滨松qCMOS相机实测案例大公开!
来源: | 作者:topphotonics | 发布时间: 2022-07-20 | 32 次浏览 | 分享到:

去年,也就是2021年5月20日,滨松在全球同步发布了最新一代的CMOS相机产品——ORCA-Quest qCMOS相机。一经发布,参数是惊艳的,期待是拉满的。不过,对于任何一项新技术,受到关注的同时,也会面对一些顾虑:参数看上去不错,但在实际场景中,它真能做到“不放水”?


图:滨松ORCA-Quest qCMOS科研相机

自发布以来,滨松工程师小哥儿们就带着qCMOS相机这个小家伙,去到了国内许多实验室,在诸多案例中进行了应用。qCMOS相机发布刚好一周年之时,我们将分享一些积累下来的实测数据,为关注它的朋友们,呈上一份真实的“买家秀”。qCMOS实力如何?咱们就在这一个个精选案例中看看吧~

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在看案例之前呢,还需先wait一个moment,得讲讲清楚一些小的背景知识,简单说说qCMOS的诞生。


作为使用者,我们总是希望相机的帧速越快越好、图像质量越高越好。但遗憾的是,相机帧速变快、分辨率变高的同时,单位时间相机所要读出处理的数据量会随之变大——这将导致相机噪声上升,影响到图像质量。


为了实现“帧速更快、图像质量更高”,业界在CCD相机之后,有两条主要的技术发展路线:一是,利用高增益追求极致信噪比的EMCCD路线(如滨松ImagEM EMCCD相机);二是,就强调低噪声兼顾分辨率、帧速和信噪比的sCMOS/qCMOS路线。

过去的10年中,滨松的sCMOS一直在高速迭代,速度越来越快、噪声越来越低。而显然,qCMOS就是这条技术路线上产生的一个耀眼的存在。


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而在接下来的qCMOS相机实际案例中,我们得到了两个十分确信的真实感受:

sCMOS技术路线快速发展,已拥有比肩EMCCD的高信噪比;

鱼和熊掌可兼得,高速模式下仍可有出类拔萃的低噪声。        


比肩EMCCD的高信噪比 

在最近20年高端相机的发展路线中,EMCCD一直以灵敏度和信噪比著称;而自2010年以来,sCMOS/qCMOS的灵敏度和信噪比也一直在高速提升,无论从理论推算,还是从我们当前实际获得的数据和反馈来看,在大多数应用中,大家反馈qCMOS的灵敏度已经和EMCCD齐肩了。这里有两个案例为大家呈现:

01

参量光(SPDC)测量案例

qCOMS相机与EMCCD在较弱光源(780nm参量光,进入相机的总光子数约为104个/s,平均到每个像素:远远小于1光子/秒)下的长时间曝光对比。


02

离子阱案例:钙离子成像

40Ca2+离子397 nm荧光信号探测中,qCMOS相机与EMCCD的对比。此次拍摄的样品为未结晶的40Ca2+离子,信号比较弱,qCMOS相机按照和EMCCD相同的曝光时间(500 ms)进行了成像。



高速模式下出类拔萃的低噪声

相机在高速高分辨率的使用情况下,不可避免地会带来噪声的上升,继而影响信噪比与灵敏度。所以业界大多数高端相机都会设置低速档以获得高信噪比;同时给出高速档的选项(但信噪比差一些)供需要高帧速的场景使用。


滨松qCMOS相机也不例外,但让我们很骄傲的一点是:滨松qCMOS即使在高速档时,不仅分辨率更高、帧速更快,其噪声也大幅度低于之前sCMOS在低速档的水平(见下表红色和蓝色标注的数据对比)。




01

单分子荧光成像案例:EYFP-单分子TIRF

在需要高速、高灵敏度成像的实际测试中,我们也深刻体会到了qCMOS这个特性的巨大优势。在下面这个单分子荧光成像案例中就可以看到:高速档使用的qCMOS相机在灵敏度上,明显高于此应用中传统使用的EMCCD。