24/05/22EMCCD сензорите беа вистинско откритие: зголемете ја чувствителноста со намалување на шумот од читање. Па, речиси, пореално, го зголемувавме сигналот за да изгледа шумот од читање како да е помал.
И ги обожававме, тие најдоа непосреден дом со работа со низок сигнал, како што се единечна молекула и спектроскопија, а потоа се проширија меѓу добавувачите на микроскопски системи за работи како што се вртечки диск, супер резолуција и друго. И потоа ги уништивме. Или не?
Технологијата EMCCD има своја историја со два клучни добавувачи: e2V и Texas Instruments. E2V, сега Teledyne e2V, започна со ова со рани сензори кон крајот на 1990-тите, но направи вистински напредок со најприфатената варијанта, која имаше низа од 512 x 512 со 16-микронски пиксели.
Овој почетен, и веројатно најдоминантен EMCCD сензор, имаше вистинско влијание, а половина од ова беше всушност големина на пиксел. Пикселите од 16 микрони на микроскоп собраа 6 пати повеќе светлина од најпопуларниот CCD во тоа време, ICX285, кој се наоѓаше во популарните серии CoolSnap и Orca. Надвор од големината на пикселите, овие уреди беа осветлени одзади, претворајќи 30% повеќе фотони, зголемувајќи ја таа 6 пати поголема чувствителност на 7.
Значи, ефикасно EMCCD беше 7 пати почувствителен пред да го вклучиме и да го добиеме влијанието на засилувањето на EMCCD. Сега, се разбира, можете да тврдите дека можете да го преместите CCD во бин или да користите оптика за да создадете поголеми пиксели - само што повеќето луѓе не го правеа тоа!
Покрај ова, добивањето на отчитувачки шум под 1 електрон беше клучно. Беше клучно, но не беше бесплатно. Процесот на множење ја зголеми неизвесноста на мерењето на сигналот, што значи дека шумот од истрелот, темната струја и сè друго што го имавме пред множењето беше зголемено за фактор 1,4. Па, што значеше тоа? Па, тоа значеше дека EMCCD беше почувствителен, но само при слаба светлина, па тогаш е некако кога ви треба, нели?
Против класичниот CCD, немаше конкуренција. Големи пиксели, повеќе QE, EM Gain. И сите бевме задоволни, особено оние од нас што продаваа фотоапарати: 40.000 долари, ве молам...
Единствените работи со кои можевме да направиме повеќе беа брзината, површината на сензорот и (не дека знаевме дека е можно) помала големина на пикселите.
Потоа дојдоа контроли на извозот и усогласеност, а тоа не беше забавно. Се испостави дека следењето на поединечни молекули и следењето на ракетите се слични, а компаниите за камери и нивните клиенти мораа да ја контролираат продажбата и извозот на камери.
Потоа се појави sCMOS, почнувајќи со ветување на светот - а потоа во следните 10 години речиси и го исполни. Помалите пиксели им ги обезбедија на луѓето 6,5 микрони што ги сакаа за 60x објективи, а сето тоа со помал шум за читање од околу 1,5 електрони. Е, ова не беше баш EMCCD, но во споредба со 6-те електрони на компаративната CCD технологија од тоа време беше неверојатно.
Првичните sCMOS екрани сè уште беа осветлени од напред. Но, во 2016 година пристигнаа sCMOS екраните со задно осветлување, а за да изгледаат уште почувствителни на оригиналните верзии со предно осветлување, тие имаа пиксели од 11 микрони. Со зголемувањето на QE и големината на пикселите, клиентите почувствуваа дека имаат предност од 3,5 пати.
Конечно, во 2021 година, шумот при читање на поделектрони беше прекинат, при што некои камери паднаа на само 0,25 електрони - сè беше завршено за EMCCD.
Или беше...
Па, дел од проблемот е сепак големината на пикселите. Повторно, можете да правите што сакате оптички, но на истиот систем, пиксел од 4,6 микрони собира 12 пати помалку светлина од пиксел од 16 микрони.
Сега можете да го бинирате, но запомнете дека бинирањето со нормален CMOS го зголемува шумот за функција на факторот на бинирање. Значи, повеќето луѓе се задоволни со своите 6,5 микронски пиксели мислејќи дека можат да го бинираат својот пат до чувствителност, но го дуплираат својот шум за читање на 3 електрони.
Дури и ако шумот може да се намали, големината на пикселите, и воопшто, тоа е сè уште компромис за вистинско собирање сигнали.
Другата работа е засилувањето и контрастот - повеќе сиви нијанси и намалување на сигналот дава подобар контраст. Може да имате ист шум, но кога прикажувате само 2 сиви нијанси за секој електрон со CMOS, немате многу со што да си играте кога имате само 5 електрони сигнал.
Конечно, што е со ролетните? Понекогаш мислам дека забораваме колку моќна алатка беше ова во EMCCD: глобалните ролетни навистина помагаат и се многу ефикасни во однос на светлината и брзината, особено во комплицирани системи со повеќе компоненти.
Единствената sCMOS камера што ја имам видено, а е барем блиску до сензорот 512 x 512 EMCCD, е Aries 16. Оваа камера започнува со 16-микронски пиксели и испорачува 0,8 електрони шум за читање без потреба од бинирање. За сигнали од над 5 фотони (по 16-микронски пиксел), мислам дека е најдобрата што сум ја видел досега и е околу половина од цената.
Значи, дали EMCCD е мртов? Не, и нема навистина да умре сè додека повторно не добиеме нешто толку добро. Проблемот е, па, сите проблеми: прекумерна бучава, стареење на добивката, контрола на извозот...
Доколку технологијата EMCCD беше авион, тоа ќе беше Конкорд. Секој што го леташе го обожаваше, но веројатно не им требаше, а сега со поголеми седишта и платформи со рамни лежишта – едноставно спијте ги тие дополнителни 3 часа преку Атлантикот.
EMCCD, за разлика од Конкорд, е сè уште активен затоа што на некои луѓе - мал, постојано опаѓачки број - сè уште им е потребен. Или можеби само мислат дека им е потребен?
Користењето на EMCCD, најскапата и најсложената широко користена технологија за снимање, не ве прави посебни или експерт за снимање - вие само правите нешто различно. И ако не сте се обиделе да се промените, тогаш веројатно треба.
