13.05.2022An der wëssenschaftlecher Bildgebung gëtt dat hellst Signal, dat eng Kamera genee ophuele kann, net nëmmen duerch d'Beliichtungszäit oder d'Beliichtung bestëmmt, mä doduerch, wéi vill Signal all Pixel ophuele kann, ier en ...Pixel-Sättigunggeschitt.
Déi voll Kapazitéit vun engem Pixel definéiert dës iewescht Grenz. Soubal e Pixel gesättigt ass, reflektéiert seng opgeholl Intensitéit net méi den tatsächleche Signalniveau, wat zu Miessfeeler a Verloscht vu quantitativer Informatioun féiert.
Als Resultat,voll Brunnkapazitéit (FWC)spillt eng entscheedend Roll an Uwendungen, déi e groussen dynamesche Beräich erfuerderen, wou staark a schwaach Signaler gläichzäiteg am selwechte Bild erfaasst musse ginn.
Wat ass eng voll Brunnkapazitéit (FWC)?
Déi voll Brunnkapazitéit (FWC) vun engem Pixel bezitt sech op denmaximal Zuel vu Photoelektronendéi gemooss kënne ginn. An de meeschte Fäll gëtt dës Limit duerch den physeschen Design vum Pixel definéiert: detektéiert Photoelektrone ginn während der Beliichtung an engem endleche Potenzialschacht gespäichert, deen nëmmen eng limitéiert Ladung hale kann.
Figur 1. visualiséiert d'Bezéiung tëscht voller Buerkapazitéit an dynameschem Beräich
(A)Déi niddreg Kapazitéit vum ganze Well bewierkt, datt d'Bild Informatiounen iwwer hell Signaler verléiert.
(B)Héich Vollkapazitéit erhaalt Signalinformatioun iwwer de ganze Intensitéitsberäich.
Wéi an der Figur 1 illustréiert, erweidert eng méi héich Vollkapazitéit (FWC) de brauchbare Signalberäich an den effektiven dynamesche Beräich.
Bei héije Signalniveauen, wann de Pixel-Wunnberäich sech fëllt, reduzéiert déi akkumuléiert Ladung dat elektrescht Feld am Potenzial-Wunnberäich. Dëst limitéiert d'Fäegkeet vum Pixel, zousätzlech Photoelektrone ze sammelen, an féiert zu enger Netlinearitéit an der Äntwert vum Sensor bei héije Signalniveauen, déi dacks mat engem Réckgang vun der effektiver Quanteffizienz begleet gëtt.
De Begrëfflinear voll Brunnkapazitéit (linear FWC)gëtt benotzt fir den héchste Signalniveau ze beschreiwen, bei deem keng observéierbar Netlinearitéit optrieden. Dëse Wäert representéiert dat maximalt Signal, dat gemooss ka ginn, wärend eng linear Reaktioun op Liicht erhale bleift, an et ass déi Spezifikatioun, déi am heefegsten op Datenblieder vu wëssenschaftleche Kameraen uginn gëtt.
An der Praxis gëtt den Term FWC och benotzt fir d'Sättigungskapazitéit oder d'Sättigungssignal ze bezeechnen,wat duerch Bitdéift an ADC-Opléisung limitéiert ass, definéiert duerch de maximal méigleche Groniveau, dee vun der Bitdéift vun der Kamera bestëmmt gëtt.
Obwuel dës Wäerter a verschiddene Systemer iwwereneestëmmen,wëssenschaftlech Kameraenbidden dacks verschidde Liesmodi mat verschiddenen ADC-dynamesche Beräicher. An esou Fäll kënnen d'Modi mat méi niddreger Bitdéift nëmmen op en Deel vum verfügbare physesche FWC zougräifen.
Wéi funktionéiert FWC op Pixelniveau?
Wärend der Bildbeliichtung generéieren agefall Photonen Elektronen am Siliziumsensor. Dës Elektronen ginn am Pixelwell gesammelt a gespäichert, bis den Ausliesprozess stattfënnt.
All Pixel huet eng maximal Zuel vun Elektronen, déi e kann späicheren. Sättigung kann entweder optrieden, wann déi kierperlech Späicherkapazitéit vum Pixel iwwerschratt gëtt oder wann de Wäert vun der digitaler Grostufe seng maximal Limit erreecht. Soubal d'Sättigung erreecht ass, ginn zousätzlech Signalinformatiounen verluer a kënnen net méi genee quantifizéiert ginn.
Voll Brunnkapazitéit a gemëschte Signalszenen
Am Idealfall sinn d'Beliichtungszäit an d'Beliichtungsniveauen esou konfiguréiert, datt Pixelsättigung komplett vermeit gëtt. Dëst gëtt awer eng Erausfuerderung a Szenen, wou hell a schwaach Signaler am selwechte Siichtfeld koexistéieren.
D'Reduzéierung vun der Beliichtungszäit oder der Beliichtung fir d'Sättigung vun helle Beräicher ze verhënneren, féiert dacks dozou, datt däischter Signaler no beim Rauschbuedem falen, wat eng sënnvoll Detektioun oder quantitativ Miessung schwéier mécht. An esou Fäll kann d'Rausch déi schwaach Signalberäicher dominéieren.
Eng méi héich FWC erhéicht de brauchbare Beliichtungs- a Beliichtungsberäich, wouduerch däischter Signaler méi zouverlässeg detektéiert kënne ginn, ouni datt méi hell Features gesättigt ginn. Dëst verbessert direkt d'Robustheet vun de Miessungen a Bildgebungsszenarien mat engem héije dynamesche Beräich.
(Fir eng méi detailléiert Diskussioun iwwer dës Bezéiung, kuckt w.e.g. de Glossar vum Dynamesche Beräich.)
Wann d'voll Kapazitéit vum Buer manner wichteg ass?
An Uwendungen, déi ausschliisslech ënner Bedingunge mat wéineg Liicht funktionéieren, oder wou den dynamesche Beräich keng primär Suerg ass, spillt den FWC eng manner kritesch Roll bei der Kameraauswiel an der Parameteroptimiséierung. An dëse Fäll kënnen aner Faktoren, wéi Liesrauschen oder Empfindlechkeet, d'Performance-Aspekter dominéieren.
Kompromësser tëscht voller Wellkapazitéit a Bildfrequenz
Verschidde wëssenschaftlech Kamerae bidden verschidde Liesmodi, déi verschidde Kombinatioune vu Bildfrequenz, Rauschleistung an zougänglecher Vollkapazitéit (FWC) ubidden. A ville Fäll kënnen méi héich Bildfrequenzen erreecht ginn, andeems den effektiven FWC reduzéiert gëtt.
Dësen Ofwägung kann a Biller mat héijer Geschwindegkeet an a Biller mat wéineg Liicht virdeelhaft sinn, wou de Risiko vun der Sättigung minimal ass. Et erfuerdert awer eng suergfälteg Berécksiichtegung vun de Signalniveauen an den Beliichtungsmargen, fir sécherzestellen, datt d'Datenqualitéit erhale bleift.
Wéi vill voll Brunnkapazitéit braucht Dir?
An der Bildgebung kann eng méi héich Bildqualitéit dacks virdeelhaft sinn a kann souwuel duerch e méi héije Signal-Rausch-Verhältnis wéi och duerch e méi héije dynamesche Beräich verbessert ginn. Souwuel de maximal méigleche Signal-Rausch-Verhältnis wéi och de dynamesche Beräich, deen eng Kamera liwwere kann, gi vum FWC limitéiert.
An der Praxis erreechen awer nëmmen e puer Bildgebungsapplikatiounen d'FWC vun hire Kameraen oder Kameramodi. Typesch wëssenschaftlech Kamerae kënnen eng voll Wellkapazitéit vun op d'mannst iwwer 10.000e- hunn, dacks ëm 30-80.000e-. Och wann e puer Applikatioune ganz héich FWC erfuerderen, erfuerderen a ville Applikatiounen ...héichempfindlech Kameraen, Signaler wäerten e puer Mol sinn (oder souguer Gréisstenuerdnungen) méi niddereg wéi dës maximal Wäerter.
Beispill: Typesch maximal Signaler a verschiddene Bildgebungsapplikatiounen
Verschidde Bildgebungstechniken hunn dacks ganz ënnerschiddlech typesch maximal Signalniveauen. E bestëmmte FWC gëtt dacks an engem Kompromëss mat anere Kameraspezifikatioune erreecht, wouduerch d'Upassung vun der Kamera oder dem Kameramodus un dat erwaart Signal klug ass. Hei drënner sinn e puer Beispiller fir maximal Signaler, déi typescherweis a verschiddene Bildgebungsapplikatioune gesi ginn.
●Eenzelmolekül-Bildgebung: 5-500e-
●Live Zellbildgebung: 50-1000e-
● Konfokal vun der rotéierender Scheif: 20-1000e-
●Kalziumbildgebung: 100-5.000 E-
● Dokumentatiounsbiller mat fixer Prouffluoreszenz: 2.000-20.000e-
● Hellfeld-/Duerchlässegliichtbildgebung: 1.000-100.000e-
● Bildgebung vun Ëmgéigendsliicht mat héijer Intensitéit: 1.000-100.000+ e-
Conclusioun
FWC gëtt dacks als Sensorspezifikatioun ugesinn, awer seng Bedeitung geet bis op d'Bildleistung op Systemniveau. Nieft der Definitioun vum maximal messbare Signal op Pixelniveau bestëmmt FWC, wéi vill Beliichtungs- a Beliichtungsflexibilitéit en Bildworkflow toleréiere kann, ier Sättigung oder Netlinearitéit optrieden.
FAQs
Firwat ginn Biller méi einfach bei héijen Erfaassungsgeschwindegkeeten gesättigt?
Bei héijen Acquisitiounsgeschwindegkeete ginn d'Beliichtungszäit an d'Beliichtungsmargen méi limitéiert. Wann d'FWC net genuch ass, erreechen d'hell Regiounen séier d'Sättigung, wat méi kuerz Beliichtungszäiten erzwingt, déi de gesamten dynamesche Beräich reduzéieren.
Firwat reduzéiert eng Erhéijung vun der Bildfrequenz den notzbaren dynamesche Beräich?
Méi héich Bildfrequenzen erfuerderen dacks méi kuerz Beliichtungszäiten oder aner Ausliesmodi, déi den zougänglechen FWC limitéieren. Dëst verklengert de brauchbare Signalberäich a erhéicht de Risiko vu Sättigung oder duerch Rauschen dominéierte Miessungen.
Tucsen Photonics Co., Ltd. All Rechter reservéiert. Wann Dir zitéiert, gitt w.e.g. d'Quell un:www.tucsen.com
