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在生物医学应用中,CMOS将成为sCMOS传感器的平价替代

关键词:  cmos 

随着科技的发展,补充医学的金属氧化物半导体 (CMOS) 技术已经具备了许多生物医学应用所需的高级成像能力,但它可以代替价格昂贵的sCMOS(科学CMOS)传感器吗?CMOS与 sCMOS传感器为数个行业中机器视觉的性能及价值建立了基准,今天小菲将分别来阐释这两种技术,在极为严苛的生物医学和生命科学成像应用中的优势和成本。

CMOS与sCMOS的区别

通常,sCMOS传感器被认为是“下一代”CMOS传感器。

引入sCMOS 技术是为了在CMOS开发早期弥补新型CMOS传感器与传统CCD(电荷耦合器件)传感器之间的差距。起初,由于动态范围、读取噪声、帧率和分辨率方面的限制,生物医学应用无法使用CMOS传感器。

引入sCMOS相机时,它们使用了与CMOS传感器非常相似的设计原理和制造技术,但结合了多种功能来帮助他们克服最初的CMOS缺点。这使得sCMOS传感器适合于要求低光性能,宽动态范围和高保真度的科学应用。

然而,自推出sCMOS相机后,传统CMOS传感器在量子效率和降低自身内部噪声方面获得了巨大提升,使CMOS相机成为许多高级生物医疗应用的可行选择。而且大多数CMOS相机要比sCMOS相机实惠得多。仅此一个因素便促使许多工程师和研究人员在需要为其应用选择显微镜相机,组织学相机,细胞学/细胞遗传学相机或落射荧光相机时考虑使用最新的CMOS传感器。

产品推荐

如果您选择使用CMOS相机,可以选择落射荧光应用比较常用的FLIR Backfly S系列。

Blackfly S相机系列提供非常丰富的传感器和接口(USB3和GigE 都有)。符合盒装和板级外形尺寸的传感器选项也很广泛。

CMOS与sCMOS的选择

选择CMOS还是sCMOS传感器,取决于一系列因素。如果您在两者间举棋不定,可以使用落射荧光照明,因为即便不购买sCMOS传感器,白光也已足够。其中一种是否比另一种适当,很多时候只需考虑到达相机的光线量,或者考虑具体应用的特殊性能参数组合。

无论是CMOS还是sCMOS,您都应当选择单色传感器,而非彩色传感器,因为单色传感器具有固有的量子效率优势。

sCMOS传感器的特点是背面照明和能够降低总体噪声的较大像素(如 CCD 技术)。另外,sCMOS相机通常包括Peltier冷却系统,以减少长时间曝光后由热产生的噪声。使用sCMOS传感器的相机还需要一个高带宽接口,例如带帧采集板的CameraLink或 CoaXpress,从而使这种视觉系统更加复杂,因此价格更高。

为解决这个问题,CMOS制造商不断提升量子效率(收集入射光子的能力),降低读取噪声(确保较低程度的入射光子不在噪声中丢失)并采用背面照明。虽然有的CMOS传感器也可以使用Peltier冷却系统,但对于某些生物医疗成像应用来说,量子效率和减噪方面的改进已无需再使用冷却了。

降低成本的另一种方法是接口。多年来,CMOS传感器已与诸如USB3,GigE和10 GigE的消费类接口配对。这些接口不需要帧捕获器,从而降低了系统的复杂性(以及成本)。即将推出的 25/100GigE、USB4 和 CXPX 接口将可以大幅增加带宽,有助于完全解决此问题。

产品推荐

对于CMOS相机,您还可以选择FLIR Oryx系列。

Oryx 相机系列拥有适配最快10GigE接口的高分辨率传感器。Oryx相机功能全面,适合较高的端部应用,但外形尺寸更大。如果传输速度很重要,Oryx是很好的选择。

CMOS是sCMOS的优惠替代方案

仅仅是较低的成本就促使许多工程师和系统设计师考虑评估最新的CMOS传感器,以取代基于sCMOS的系统。在许多案例中,视觉系统设计师惊喜地发现,1千美元内就可以找到一款合适的CMOS相机,而通常相似性能参数的sCMOS设置可能需要1万美。

无论是sCMOS还是CMOS,许多相机制造商都没有使用单一的标准来比较相机。因此,无论使用哪种类型的传感器,比较相机都是一个挑战。在机器视觉领域,EMVA1288已经成为欧美AIA(美国自动成像协会)和日本JIIA(日本工业成像协会)公认的相机规格和测量标准。

综上所述,对于需要极致性能的情况下,sCMOS相机可能是必需品。但是,有必要为您的特定应用确定最重要的性能参数,并对CMOS和sCMOS相机进行合理的比较,然后再相互淘汰。

CMOS传感器在不断发展,CMOS和sCMOS之间的价格差距正在迅速缩小。如果常规的CMOS传感器可以满足您的应用要求,那么对于您和您的团队而言,这可能是一种优惠得多的替代选择。

产品选择

FLIR Blackfly S和Oryx相机系列均可通过用于加快创建应用的GenICam3及Spinnaker SDK进行控制和编程。

如需进一步缩小相机型号选择范围,可以使用FLIR机器视觉型号选择器,它包含14+(基于 EMVA 1288)成像参数筛选条件。如需查找弱光条件下性能良好的型号,可以筛选绝对灵敏度、量子效率和动态范围值较高的。

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