25/08/15Í vísindalegri myndgreiningu skiptir nákvæmni öllu máli. Hvort sem þú ert að taka upp flúrljómunarmerki í litlu ljósi eða rekja daufa himintungla, þá hefur geta myndavélarinnar til að greina ljós bein áhrif á gæði niðurstaðnanna. Einn mikilvægasti, en oft misskilinn, þátturinn í þessari jöfnu er skammtafræðileg skilvirkni (QE).
Þessi handbók mun leiða þig í gegnum hvað QE er, hvers vegna það skiptir máli, hvernig á að túlka QE forskriftir og hvernig það ber sig saman við mismunandi tegundir skynjara. Ef þú ert að leita að ...vísindamyndavéleða ert bara að reyna að skilja gagnablöð myndavéla, þá er þetta fyrir þig.
Mynd: Dæmi um dæmigerða QE-kúrfu fyrir Tucsen-myndavélar
(a)Hrúturinn 6510(b)Dhyana 6060BSI(c)Vog 22
Hvað er skammtavirkni?
Kvantanýtni er líkurnar á því að ljóseind sem nær til myndavélarskynjarans verði í raun greind og losi ljósrafeind í kíslinum.
Á mörgum stigum í ferðalagi ljóseindarinnar að þessum punkti eru hindranir sem geta gleypt ljóseindir eða endurkastað þær frá. Þar að auki er ekkert efni 100% gegnsætt fyrir allar bylgjulengdir ljóseindarinnar, auk þess sem allar breytingar á efnissamsetningu geta endurkastað eða dreift ljóseindum.
Skammtanýtni, tjáð sem prósenta, er skilgreind sem:
QE (%) = (Fjöldi myndaðra rafeinda / Fjöldi innfallandi ljóseinda) × 100
Það eru tvær megingerðir:
●Ytri magntöluaukningMæld afköst þar á meðal áhrif eins og endurkast og tap á geislun.
●Innri magntöluaukningMælir umbreytingarhagkvæmni innan skynjarans sjálfs, að því gefnu að allar ljóseindir frásogist.
Hærri magngreining (QE) þýðir betri ljósnæmi og sterkari myndmerki, sérstaklega í aðstæðum með litla birtu eða þar sem ljóseindir eru takmarkaðar.
Hvers vegna skiptir skammtavirkni máli í vísindamyndavélum?
Í myndgreiningu er alltaf gagnlegt að fanga sem hæsta hlutfall innkomandi ljóseinda, sérstaklega í forritum sem krefjast mikillar næmni.
Hins vegar eru skynjarar með mikla skammtanýtni yfirleitt dýrari. Þetta er vegna verkfræðilegrar áskorunar við að hámarka fyllingarstuðul en viðhalda pixlavirkni, og einnig vegna baklýsingarferlisins. Eins og þú munt læra, gerir þetta ferli kleift að ná mestri skammtanýtni - en það hefur í för með sér verulega aukna flækjustig í framleiðslu.
Eins og með allar forskriftir myndavéla verður alltaf að vega og meta þörfina fyrir skammtafræðilega skilvirkni á móti öðrum þáttum fyrir þína tilteknu myndgreiningarforritun. Til dæmis getur innleiðing á alþjóðlegum lokara haft kosti fyrir mörg forrit, en er venjulega ekki hægt að útfæra það á BI skynjara. Ennfremur krefst það þess að auka smári sé bætt við pixilinn. Þetta getur dregið úr fyllingarstuðli og þar með skammtafræðilegri skilvirkni, jafnvel samanborið við aðra FI skynjara.
Dæmi um notkun þar sem magngreining getur verið mikilvæg
Nokkur dæmi um forrit:
● Myndgreining á óföstum lífsýnum með litlu ljósi og flúrljómun
● Myndgreining með miklum hraða
● Megindleg notkun sem krefst mikillar nákvæmni í styrkmælingum
QE eftir tegund skynjara
Mismunandi myndskynjaratækni sýnir mismunandi skammtafræðilega skilvirkni. Svona ber skammtafræðilegt öryggi sig yfirleitt saman við helstu tegundir skynjara:
CCD (hleðslutengdur búnaður)
Vísindalegar myndgreiningar voru hefðbundnar vinsælar vegna lágs suðs og mikils magngreiningarhlutfalls, sem náði oft hámarki á bilinu 70–90%. CCD-myndavélar eru framúrskarandi í notkun eins og stjörnufræði og myndgreiningu með langri lýsingu.
CMOS (viðbótar málmoxíð-hálfleiðari)
Nútíma CMOS skynjarar, sérstaklega baklýstir skynjarar, sem áður voru takmarkaðir af lægri QE og hærra lestrarsuði, hafa náð töluvert í sókn. Margir þeirra ná nú hámarks QE gildum yfir 80% og bjóða upp á framúrskarandi afköst með hraðari rammatíðni og minni orkunotkun.
Skoðaðu úrval okkar af háþróaðriCMOS myndavéllíkön til að sjá hversu langt þessi tækni hefur komið, eins ogTucsen Libra 3405M sCMOS myndavél, vísindamyndavél með mikilli næmni sem er hönnuð fyrir krefjandi notkun í lítilli birtu.
sCMOS (vísindalegt CMOS)
Sérhæfður flokkur CMOS hannaður fyrir vísindalega myndgreiningu,sCMOS myndavélTæknin sameinar háa magngreiningargetu (yfirleitt 70–95%) með litlu suði, miklu virku sviði og hraðri myndgreiningu. Tilvalið fyrir myndgreiningu lifandi frumna, hraðsmásjárskoðun og fjölrása flúrljómun.
Hvernig á að lesa skammtavirkniferil
Framleiðendur birta yfirleitt QE-kúrfu sem sýnir skilvirkni (%) yfir bylgjulengdir (nm). Þessar kúrfur eru nauðsynlegar til að ákvarða hvernig myndavél virkar á tilteknum litrófssviðum.
Lykilatriði sem þarf að leita að:
●HámarksmagnsaukningHámarksnýtni, oft á bilinu 500–600 nm (grænt ljós).
●Bylgjulengdarsvið: Nothæfa litrófsglugginn þar sem magngreiningartöf (QE) helst yfir nothæfum þröskuldi (t.d. >20%).
●AfhendingarsvæðiQE hefur tilhneigingu til að minnka á útfjólubláum (<400 nm) og NIR (>800 nm) svæðum.
Að túlka þessa kúrfu hjálpar þér að para styrkleika skynjarans við notkun þína, hvort sem þú ert að mynda í sýnilegu litrófi, nær-innrauðu eða útfjólubláu.
Bylgjulengdarháðni skammtavirkni
Mynd: QE-kúrfa sem sýnir dæmigerð gildi fyrir fram- og afturlýsta kísilskynjara
ATHUGIÐGrafið sýnir líkur á ljóseindagreiningu (kvantfræðileg skilvirkni, %) miðað við bylgjulengd ljóseinda fyrir fjórar dæmimyndavélar. Mismunandi afbrigði skynjara og húðun geta breytt þessum ferlum verulega.
Skammtanýtni er mjög bylgjulengdarháð, eins og sést á myndinni. Flestir kísilmyndavélarskynjarar sýna hámarks skammtanýtni sína í sýnilega hluta litrófsins, oftast í græna til gula svæðinu, frá um 490 nm til 600 nm. Hægt er að breyta skammtanýtingarkúrfum með húðun skynjara og efnisbreytingum til að veita hámarks skammtanýtni í kringum 300 nm í útfjólubláu (UV), um 850 nm í nær-innrauðu (NIR) og marga möguleika þar á milli.
Allar kísilmyndavélar sýna minnkandi skammtafræðilega skilvirkni niður í átt að 1100 nm, þar sem ljóseindir hafa ekki lengur næga orku til að losa ljósrafeindir. Útfjólublá geislun getur verið mjög takmörkuð í skynjurum með örlinsum eða útfjólubláum gluggagleri, sem hindrar að stuttbylgjuljós nái til skynjarans.
Þar á milli eru QE-kúrfar sjaldan sléttar og jafnar, og innihalda í staðinn oft litla toppa og lægðir sem orsakast af mismunandi efniseiginleikum og gegnsæi efnanna sem pixillinn er gerður úr.
Í forritum sem krefjast útfjólublárrar eða NIR-næmis getur það verið mun mikilvægara að taka tillit til skammtanýtingarferlanna, þar sem í sumum myndavélum getur skammtanýtnin verið margfalt meiri en aðrar á ystu endum ferilsins.
Röntgennæmi
Sumir kísilmyndavélarskynjarar geta starfað í sýnilegu ljósi litrófsins, en geta einnig greint sumar bylgjulengdir röntgengeisla. Hins vegar þurfa myndavélar venjulega sérstaka verkfræði til að takast á við bæði áhrif röntgengeisla á rafeindabúnað myndavéla og við lofttæmisklefana sem almennt eru notaðir í röntgentilraunum.
Innrauð myndavél
Að lokum geta skynjarar sem byggja ekki á sílikoni heldur öðrum efnum sýnt gjörólíkar QE-kúrfur. Til dæmis geta innrauðar myndavélar af gerðinni InGaAs, sem byggja á indíum-gallíum-arseníði í stað sílikons, greint breitt bylgjulengdarsvið í NIR, allt að hámarki um 2700 nm, allt eftir gerð skynjarans.
Skammtanýtni samanborið við aðrar myndavélarupplýsingar
Kvantvirkni er lykilmælikvarði á afköst, en hún virkar ekki ein og sér. Svona tengist hún öðrum mikilvægum myndavélaupplýsingum:
QE vs. næmni
Næmi er geta myndavélarinnar til að greina dauf merki. QE hefur bein áhrif á næmið, en aðrir þættir eins og pixlastærð, lestrarsuð og dökkstraumur gegna einnig hlutverki.
QE vs. merkis-til-hávaðahlutfall (SNR)
Hærri magngreining (QE) bætir signal-suð (SNR) með því að mynda meira merki (rafeindir) á hverja ljóseind. En of mikið suð, vegna lélegrar rafeindatækni eða ófullnægjandi kælingar, getur samt sem áður skert myndina.
QE vs. kraftmikið svið
Þó að QE hafi áhrif á hversu mikið ljós greinist, þá lýsir dynamic range hlutfallinu milli björtustu og dimmustu merkjanna sem myndavélin ræður við. Myndavél með mikla QE og lélegt dynamic range getur samt sem áður gefið lélegar niðurstöður í senum með miklum birtuskilum.
Í stuttu máli er skammtavirkni mikilvæg, en metið hana alltaf ásamt viðbótarforskriftum.
Hvað er „góð“ skammtavirkni?
Það er engin alhliða „besta“ magntölubreyting — það fer eftir notkun þinni. Þrátt fyrir það eru hér almenn viðmið:
| QE svið | Árangursstig | Notkunartilvik |
| <40% | Lágt | Ekki tilvalið til vísindalegra nota |
| 40–60% | Meðaltal | Vísindaleg forrit fyrir byrjendur |
| 60–80% | Gott | Hentar fyrir flest myndvinnsluverkefni |
| 80–95% | Frábært | Myndgreining í litlu ljósi, mikilli nákvæmni eða ljósmyndatakmörkuðum myndgreiningum |
Einnig skal íhuga hámarks QE samanborið við meðaltal QE yfir það litrófssvið sem þú óskar eftir.
Niðurstaða
Skammtanýtni er einn mikilvægasti, en samt gleymdasti, þátturinn við val á vísindalegum myndgreiningartækjum. Hvort sem þú ert að meta CCD-myndavélar, sCMOS-myndavélar eða CMOS-myndavélar, þá hjálpar skilningur á skammtanýtni þér að:
● Spáðu fyrir um hvernig myndavélin þín mun virka við raunverulegar birtuskilyrði
● Berðu vörur saman hlutlægt út fyrir markaðssetningarfullyrðingar
● Paraðu forskriftir myndavélarinnar við vísindalegar kröfur þínar
Með framförum í skynjaratækni bjóða vísindamyndavélar nútímans með háum magntölu (QE) upp á einstaka næmni og fjölhæfni í fjölbreyttum notkunarmöguleikum. En sama hversu háþróaður vélbúnaðurinn er, þá byrjar val á réttu tólinu á því að skilja hvernig skammtafræðileg skilvirkni passar inn í stærri myndina.
Algengar spurningar
Er meiri skammtanýtni alltaf betri í vísindamyndavél?
Meiri skammtanýtni (e. qe) bætir almennt getu myndavélar til að greina lágt ljósmagn, sem er dýrmætt í forritum eins og flúrljómunarsmásjárskoðun, stjörnufræði og myndgreiningu á einstökum sameindum. Hins vegar er skammtanýting aðeins einn hluti af jafnvægi í afköstum. Myndavél með mikilli skammtanýtingu, lélegu virku svið, miklu lestrarsuði eða ófullnægjandi kælingu getur samt sem áður skilað ófullnægjandi niðurstöðum. Til að fá bestu afköst skal alltaf meta skammtanýtingu í samsetningu við aðrar lykilupplýsingar eins og suð, bitaþéttni og skynjaraarkitektúr.
Hvernig er skammtafræðileg skilvirkni mæld?
Skammtanýtni er mæld með því að lýsa upp skynjara með þekktum fjölda ljóseinda á tiltekinni bylgjulengd og síðan telja fjölda rafeinda sem skynjarinn myndar. Þetta er venjulega gert með því að nota kvarðaða einlita ljósgjafa og viðmiðunarljósdíóðu. Niðurstöðu magngreiningargildisins er teiknað yfir bylgjulengdir til að búa til magngreiningarferil. Þetta hjálpar til við að ákvarða litrófssvörun skynjarans, sem er mikilvægt til að passa myndavélina við ljósgjafa eða útgeislunarsvið forritsins.
Geta hugbúnaður eða utanaðkomandi síur bætt skammtavirkni?
Nei. Skammtanýtni er eðlislægur eiginleiki myndflögunnar á vélbúnaðarstigi og er ekki hægt að breyta henni með hugbúnaði eða utanaðkomandi fylgihlutum. Hins vegar geta síur bætt heildarmyndgæði með því að auka hlutfall merkis og suðs (t.d. með því að nota útblásturssíur í flúrljómunarforritum) og hugbúnaður getur hjálpað til við suðminnkun eða eftirvinnslu. Þetta breytir þó ekki sjálfu skammtanýtingargildinu.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
