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技术贴一:如何选择适合你的成像系统: QE和灵敏度
人阅读 发布时间:2019-12-05 10:29
今天我们先来讨论一个经常看到的参数 【QE】 以及一个非常玄幻的概念【相机灵敏度】
QE量子效率
首先让我们先来看一下感光芯片的工作原理:感光芯片将接收到的光子转换成电子。(如图1所示):
(图1:感光芯片的工作原理)
量子效率(QE,英语全称:Quantum Efficiency)其实就是感光芯片将光子转化为电子的效率。由于半导体材料对光信号的吸收效率和波长相关,我们看到的QE曲线横轴为波长,纵轴为百分比(如图二所示):
(图2:ChemiScope 6000 CCD相机量子效率曲线图 )
因为光子在半导体材料中的穿透性和波长相关。500~600nm的黄绿色光,正好能穿透到检测材料的中间,所以检测效率最高。波长变短时,越多光子在到达检测区前就被吸收;波长变长时,越多光子会穿过检测区,或因为能量不足,无法生成光电子。
SO...我们看到的QE曲线是中间高,两侧降低的,而图2所示的CCD芯片最大量子效率在600nm时达到峰值,即大于75%。
相机灵敏度
了解了感光芯片的工作原理,接下来让我们将知识升级,一起学习科研级相机的工作流程(如图3所示)。
(图3.科研级相机的工作流程)
感光芯片将接收到的光子转换成电子后,电子通过模数转换器(ADC)按照一定的转换系数转换成数字信号,这个转换系数我们称之为增益(Gain),转换成的数字信号我们称之为灰度值(Gray Scale)。
灵敏度是指相机采集真实的信号的能力,它可以用电子数(信号强度)来量化,令人讨厌的公式如下:
电子数(信号强度)=(灰度值–偏置)X增益
公式中的偏置通常是一个固定值。从相机的工作流程中,我们了解到,QE(光子转换成电子的效率)与灰度值成正比,而灰度值与信号强度也成正比。
SO...QE值越大,信号强度越高!
尽管从公式上,我们了解到,影响信号强度并非只有QE,但是,QE与信号强度确实是成正比的。即一款相机的QE越高,其灵敏度也越强。
总结一下
各位小伙伴,今天我们一起学习了科研级相机的工作流程,了解了QE(量子效率),浅读了经常被人提起却从未被深入了解的相机灵敏度。
当然,影响成像系统性能的参数还很多。你是否还听说过:信噪比、读出噪声、暗电流、制冷温度和分辨率呢?它们会对我们的成像效果会产生什么影响呢?