隨著科技的發展,補充醫學的金屬氧化物半導體 (CMOS) 技術已經具備了許多生物醫學應用所需的高級成像能力,但它可以代替價格昂貴的sCMOS(科學CMOS)傳感器嗎?CMOS與 sCMOS傳感器為數個行業中機器視覺的性能及價值建立了基準,今天小菲將分別來闡釋這兩種技術,在極為嚴苛的生物醫學和生命科學成像應用中的優勢和成本。

CMOS與sCMOS的區別

通常,sCMOS傳感器被認為是“下一代”CMOS傳感器。引入sCMOS 技術是為了在CMOS開發早期彌補新型CMOS傳感器與傳統CCD(電荷耦合器件)傳感器之間的差距。起初,由于動態范圍、讀取噪聲、幀率和分辨率方面的限制,生物醫學應用無法使用CMOS傳感器。

引入sCMOS相機時,它們使用了與CMOS傳感器非常相似的設計原理和制造技術,但結合了多種功能來幫助他們克服最初的CMOS缺點。這使得sCMOS傳感器適合于要求低光性能,寬動態范圍和高保真度的科學應用。

然而,自推出sCMOS相機后,傳統CMOS傳感器在量子效率和降低自身內部噪聲方面獲得了巨大提升,使CMOS相機成為許多高級生物醫療應用的可行選擇。而且大多數CMOS相機要比sCMOS相機實惠得多。僅此一個因素便促使許多工程師和研究人員在需要為其應用選擇顯微鏡相機,組織學相機,細胞學/細胞遺傳學相機或落射熒光相機時考慮使用最新的CMOS傳感器。

產品推薦

如果您選擇使用CMOS相機,可以選擇落射熒光應用比較常用的FLIR Backfly S系列。Blackfly S相機系列提供非常豐富的傳感器和接口(USB3和GigE 都有)。符合盒裝和板級外形尺寸的傳感器選項也很廣泛。

CMOS與sCMOS的選擇

選擇CMOS還是sCMOS傳感器,取決于一系列因素。如果您在兩者間舉棋不定,可以使用落射熒光照明,因為即便不購買sCMOS傳感器,白光也已足夠。其中一種是否比另一種適當,很多時候只需考慮到達相機的光線量,或者考慮具體應用的特殊性能參數組合。無論是CMOS還是sCMOS,您都應當選擇單色傳感器,而非彩色傳感器,因為單色傳感器具有固有的量子效率優勢。

sCMOS傳感器的特點是背面照明和能夠降低總體噪聲的較大像素(如 CCD 技術)。另外,sCMOS相機通常包括Peltier冷卻系統,以減少長時間曝光后由熱產生的噪聲。使用sCMOS傳感器的相機還需要一個高帶寬接口,例如帶幀采集板的CameraLink或 CoaXpress,從而使這種視覺系統更加復雜,因此價格更高。為解決這個問題,CMOS制造商不斷提升量子效率(收集入射光子的能力),降低讀取噪聲(確保較低程度的入射光子不在噪聲中丟失)并采用背面照明。雖然有的CMOS傳感器也可以使用Peltier冷卻系統,但對于某些生物醫療成像應用來說,量子效率和減噪方面的改進已無需再使用冷卻了。

降低成本的另一種方法是接口。多年來,CMOS傳感器已與諸如USB3,GigE和10 GigE的消費類接口配對。這些接口不需要幀捕獲器,從而降低了系統的復雜性(以及成本)。即將推出的 25/100GigE、USB4 和 CXPX 接口將可以大幅增加帶寬,有助于完全解決此問題。

產品推薦

對于CMOS相機,您還可以選擇FLIR Oryx系列。Oryx 相機系列擁有適配最快10GigE接口的高分辨率傳感器。Oryx相機功能全面,適合較高的端部應用,但外形尺寸更大。如果傳輸速度很重要,Oryx是很好的選擇。

CMOS是sCMOS的優惠替代方案

僅僅是較低的成本就促使許多工程師和系統設計師考慮評估最新的CMOS傳感器,以取代基于sCMOS的系統。在許多案例中,視覺系統設計師驚喜地發現,1千美元內就可以找到一款合適的CMOS相機,而通常相似性能參數的sCMOS設置可能需要1萬美。無論是sCMOS還是CMOS,許多相機制造商都沒有使用單一的標準來比較相機。因此,無論使用哪種類型的傳感器,比較相機都是一個挑戰。在機器視覺領域,EMVA1288已經成為歐美AIA(美國自動成像協會)和日本JIIA(日本工業成像協會)公認的相機規格和測量標準。

綜上所述,對于需要極致性能的情況下,sCMOS相機可能是必需品。但是,有必要為您的特定應用確定最重要的性能參數,并對CMOS和sCMOS相機進行合理的比較,然后再相互淘汰。CMOS傳感器在不斷發展,CMOS和sCMOS之間的價格差距正在迅速縮小。如果常規的CMOS傳感器可以滿足您的應用要求,那么對于您和您的團隊而言,這可能是一種優惠得多的替代選擇。

產品選擇

FLIR Blackfly S和Oryx相機系列均可通過用于加快創建應用的GenICam3及Spinnaker SDK進行控制和編程。如需進一步縮小相機型號選擇范圍,可以使用FLIR機器視覺型號選擇器,它包含14+(基于 EMVA 1288)成像參數篩選條件。如需查找弱光條件下性能良好的型號,可以篩選絕對靈敏度、量子效率和動態范圍值較高的。

FLIR機器視覺微信公眾號:菲力爾(FLIR-china)

FLIR機器視覺部門生產和銷售250多個型號的可見光相機,分辨率從0.3萬像素到31萬像素不等。攝像機有多種形式,包括板級和封閉的用戶界面選項,如USB3、GigE和10GigE。FLIR機器視覺部門設計、制造并向全球客戶分發其相機和相關軟件,以建立提高各種流程和產品的效率、質量、分析和安全的系統。

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