24/05/22Sensorët EMCCD ishin një zbulim: rritni ndjeshmërinë duke zvogëluar zhurmën e leximit. Epo, pothuajse, më realisht, ne po e rrisnim sinjalin në mënyrë që zhurma e leximit të dukej sikur ishte më e vogël.
Dhe ne i donim shumë, ata gjetën një strehë të menjëhershme me punë me sinjal të ulët, siç është molekula e vetme dhe spektroskopia, dhe më pas u përhapën midis ofruesve të sistemeve të mikroskopit për gjëra të tilla si disku rrotullues, superrezolucioni dhe më tej. Dhe pastaj i shkatërruam. Apo jo?
Teknologjia EMCCD ka historinë e saj me dy furnizues kryesorë: e2V dhe Texas Instruments. E2V, tani Teledyne e2V, e filloi këtë me sensorë të hershëm drejt fundit të viteve 1990, por bëri hapa të vërtetë përpara me variantin më të pranuar, që kishte një matricë prej 512 x 512 me pikselë 16 mikronë.
Ky sensor fillestar, dhe ndoshta më dominuesi EMCCD, pati një ndikim të vërtetë dhe gjysma e kësaj ishte në të vërtetë madhësia e pikselit. Pikselët 16-mikronë në një mikroskop mblodhën 6 herë më shumë dritë sesa CCD-ja më e popullarizuar e kohës, ICX285, e paraqitur në seritë popullore CoolSnap dhe Orca. Përtej madhësisë së pikselit, këto pajisje ndriçoheshin nga prapa, duke konvertuar 30% më shumë fotone, duke e çuar atë ndjeshmëri 6 herë më të madhe në 7.
Pra, në fakt, EMCCD ishte 7 herë më i ndjeshëm përpara se ta ndiznim dhe të merrnim ndikimin e përforcimit të EMCCD. Tani, sigurisht, mund të argumentohet se mund ta zhvendosësh CCD-në në kuti, ose mund të përdorësh optikën për të krijuar madhësi më të mëdha pikselësh - thjesht shumica e njerëzve nuk e bënë këtë!
Përtej kësaj, marrja e zhurmës së leximit nën 1 elektron ishte thelbësore. Ishte thelbësore, por nuk ishte falas. Procesi i shumëzimit rriti pasigurinë e matjes së sinjalit, që do të thotë se zhurma e të shtënave, rryma e errët dhe çdo gjë tjetër që kishim para shumëzimit u rrit me një faktor prej 1.4. Pra, çfarë do të thoshte kjo? Epo, do të thoshte se EMCCD ishte më i ndjeshëm, por vetëm në dritë të ulët, atëherë është pak a shumë kur keni nevojë për të, apo jo?
Kundër një CCD klasik, nuk kishte konkurrencë. Piksel të mëdhenj, më shumë QE, fitim elektromagnetik. Dhe të gjithë ishim të lumtur, veçanërisht ata prej nesh që shisnin kamera: 40,000 dollarë, ju lutem...
Të vetmet gjëra me të cilat mund të kishim bërë më shumë ishin shpejtësia, zona e sensorit dhe (jo se e dinim se ishte e mundur) një madhësi më e vogël pikseli.
Pastaj erdhën kontrollet e eksportit dhe pajtueshmëria, dhe kjo nuk ishte aspak zbavitëse. Rezulton se gjurmimi i molekulave të vetme dhe gjurmimi i raketave janë të ngjashme, dhe kompanitë e kamerave dhe klientët e tyre duhej të kontrollonin shitjet dhe eksportet e kamerave.
Pastaj erdhi sCMOS, duke filluar duke i premtuar botës - dhe pastaj gjatë 10 viteve të ardhshme pothuajse duke e realizuar atë. Pikselë më të vegjël u jepnin njerëzve 6.5 mikronët që ata i donin për objektiva 60x dhe të gjitha me zhurmë më të ulët leximi prej rreth 1.5 elektronesh. Tani, kjo nuk ishte tamam EMCCD, por kundrejt 6 elektroneve të teknologjisë krahasuese CCD të kohës ishte e mahnitshme.
sCMOS-et fillestare ishin ende të ndriçuara nga përpara. Por në vitin 2016, sCMOS me ndriçim nga prapa mbërriti dhe, për ta bërë të dukej edhe më i ndjeshëm ndaj versioneve origjinale me ndriçim nga përpara, kishte pikselë 11 mikronësh. Me rritjen e QE dhe madhësinë e pikselëve, klientët menduan se kishin një avantazh 3.5 herë më të madh.
Më në fund, në vitin 2021, zhurma e leximit të nën-elektroneve u ndërpre, me disa kamera që arritën deri në 0.25 elektrone - gjithçka kishte mbaruar për EMCCD.
Apo ishte...
Epo, një pjesë e problemit është ende madhësia e pikselit. Përsëri, mund të bësh çfarë të duash optikisht, por në të njëjtin sistem, një piksel 4.6 mikronësh mbledh 12 herë më pak dritë sesa një piksel 16 mikronësh.
Tani mund ta vendosni në bin, por mos harroni se vendosja në bin me CMOS normale rrit zhurmën sipas një funksioni të faktorit të vendosjes në bin. Pra, shumica e njerëzve janë të kënaqur me pikselët e tyre 6.5 mikronë duke menduar se mund ta vendosin në bin drejt ndjeshmërisë, por po e dyfishojnë zhurmën e leximit në 3 elektrone.
Edhe nëse zhurma mund të reduktohet, madhësia e pikselit, dhe në fakt e gjitha kjo, është ende një kompromis për mbledhjen e vërtetë të sinjalit.
Gjëja tjetër është përforcimi dhe kontrasti – të kesh më shumë nuanca gri dhe ta zvogëlosh sinjalin jep kontrast më të mirë. Mund të kesh të njëjtin zhurmë, por kur shfaq vetëm 2 nuanca gri për çdo elektron me një CMOS, nuk ke shumë për të luajtur kur ke vetëm 5 elektrone sinjali.
Së fundmi, ç'të themi për grilat? Ndonjëherë mendoj se harrojmë sa mjet i fuqishëm ishte ky në EMCCD: grilat globale ndihmojnë vërtet dhe janë shumë efikase në peshë dhe shpejtësi, veçanërisht në sistemet e ndërlikuara me shumë komponentë.
E vetmja kamerë sCMOS që kam parë që i afrohet sadopak sensorit EMCCD 512 x 512 është Aries 16. Kjo fillon me pikselë 16 mikronë dhe jep 0.8 elektrone zhurmë leximi pa pasur nevojë për t'i ndarë në bin. Për sinjale mbi 5 fotone (për piksel 16 mikronë), mendoj se është më e mira që kam parë ndonjëherë dhe kushton rreth gjysmën e çmimit.
Pra, a ka vdekur EMCCD? Jo, dhe nuk do të vdesë vërtet derisa të kemi përsëri diçka kaq të mirë. Problemi është, në fakt, të gjitha problemet: zhurma e tepërt, plakja e fitimit, kontrollet e eksportit...
Nëse teknologjia EMCCD do të ishte një aeroplan, do të ishte një Concord. Të gjithë ata që e fluturuan e adhuronin, por ndoshta nuk kishin nevojë për të dhe tani me ndenjëse dhe krevate të sheshta më të mëdha - thjesht flini ato 3 orët shtesë përtej Atlantikut.
EMCCD, ndryshe nga Concord, është ende aktiv sepse disa njerëz - një numër i vogël, gjithnjë në rënie - ende kanë nevojë për të. Apo ndoshta thjesht mendojnë se e kanë?
Përdorimi i një EMCCD, teknologjia më e shtrenjtë dhe më e ndërlikuar e imazherisë që përdoret gjerësisht, nuk të bën të veçantë apo ekspert të imazherisë - thjesht po bën diçka të ndryshme. Dhe nëse nuk je përpjekur të ndryshosh, atëherë ndoshta duhet ta bësh.
