25/08/15Katika taswira ya kisayansi, usahihi ni kila kitu. Iwe unanasa mawimbi ya mwangaza wa mwanga wa chini au kufuatilia vitu hafifu vya angani, uwezo wa kamera yako wa kutambua mwanga huathiri moja kwa moja ubora wa matokeo yako. Mojawapo ya mambo muhimu zaidi, lakini ambayo mara nyingi hayaeleweki, katika mlingano huu ni ufanisi wa quantum (QE).
Mwongozo huu utakuelekeza QE ni nini, kwa nini ni muhimu, jinsi ya kutafsiri vipimo vya QE, na jinsi inavyolinganisha katika aina za vitambuzi. Ikiwa uko sokoni kwa akamera ya kisayansiau kujaribu tu kuleta maana ya hifadhidata za kamera, hii ni kwa ajili yako.
Kielelezo: Mifano ya curve QE ya kamera ya kawaida ya Tucsen
(a)Mapacha 6510(b)Dhyana 6060BSI(c)Mizani 22
Ufanisi wa Quantum ni nini?
Ufanisi wa Quantum ni uwezekano wa fotoni inayofikia kihisi cha kamera kutambuliwa, na kutoa photoelectron katika silicon.
Katika hatua nyingi za safari ya fotoni kuelekea hatua hii, kuna vizuizi ambavyo vinaweza kunyonya fotoni au kuziakisi mbali. Zaidi ya hayo, hakuna nyenzo iliyo na uwazi wa 100% kwa kila urefu wa urefu wa fotoni, pamoja na mabadiliko yoyote katika muundo wa nyenzo yana nafasi ya kuakisi au kutawanya fotoni.
Imeonyeshwa kama asilimia, ufanisi wa quantum hufafanuliwa kama:
QE (%) = (Idadi ya elektroni zinazozalishwa / Idadi ya picha za tukio) × 100
Kuna aina mbili kuu:
●QE ya nje: Utendaji uliopimwa ikiwa ni pamoja na athari kama vile kuakisi na hasara za upokezi.
●QE ya ndani: Hupima ufanisi wa ubadilishaji ndani ya kitambuzi chenyewe, ikizingatiwa kwamba fotoni zote zimefyonzwa.
QE ya juu inamaanisha usikivu bora wa mwanga na ishara thabiti za picha, haswa katika hali zenye mwanga wa chini au zenye kikomo cha fotoni.
Kwa nini Ufanisi wa Quantum Ni Muhimu katika Kamera za Kisayansi?
Katika upigaji picha, ni muhimu kila wakati kunasa asilimia kubwa zaidi ya fotoni zinazoingia, hasa katika programu zinazohitaji usikivu wa juu.
Hata hivyo, sensorer za ufanisi wa quantum huwa na gharama kubwa zaidi. Hii ni kutokana na changamoto ya uhandisi ya kuongeza kipengele cha kujaza wakati wa kudumisha utendaji wa pixel, na pia kutokana na mchakato wa kuangaza nyuma. Mchakato huu, kama utakavyojifunza, huwezesha utendakazi wa hali ya juu zaidi-lakini unakuja na ugumu wa utengenezaji ulioongezeka sana.
Kama vipimo vyote vya kamera, hitaji la ufanisi wa quantum lazima lipimwe dhidi ya vipengele vingine vya programu yako mahususi ya upigaji picha. Kwa mfano, kuanzisha shutter ya kimataifa inaweza kuleta manufaa kwa programu nyingi, lakini kwa kawaida haiwezi kutekelezwa kwenye sensor ya BI. Zaidi ya hayo, inahitaji kuongezwa kwa transistor ya ziada kwa pixel. Hii inaweza kupunguza sababu ya kujaza na hivyo ufanisi wa quantum, hata ikilinganishwa na vitambuzi vingine vya FI.
Mfano wa programu ambapo QE inaweza kuwa muhimu
Mifano michache ya maombi:
● Taswira ya mwanga hafifu na mwanga wa umeme wa sampuli za kibayolojia zisizo za kudumu
● Upigaji picha wa kasi ya juu
● Programu za kiasi zinazohitaji vipimo vya ubora wa juu
QE kwa Aina ya Sensor
Teknolojia tofauti za vitambuzi vya picha zinaonyesha ufanisi tofauti wa quantum. Hivi ndivyo QE kawaida hulinganisha katika aina kuu za sensorer:
CCD (Kifaa Kilichounganishwa na Chaji)
Upigaji picha wa kisayansi uliopendekezwa kwa kelele zao za chini na QE ya juu, mara nyingi hufikia kilele kati ya 70-90%. CCDs hufaulu katika matumizi kama vile unajimu na upigaji picha wa mfiduo wa muda mrefu.
CMOS (Nyongeza ya Metal-Oxide-Semiconductor)
Mara tu baada ya kudhibitiwa na QE ya chini na kelele ya juu zaidi ya kusoma, vihisi vya kisasa vya CMOS - haswa miundo iliyoangaziwa nyuma - vimeshikamana sana. Wengi sasa wanafikia viwango vya juu vya QE zaidi ya 80%, vinavyotoa utendakazi bora na viwango vya kasi vya fremu na matumizi ya chini ya nishati.
Gundua anuwai yetu ya hali ya juuKamera ya CMOSmifano ili kuona jinsi teknolojia hii imefika, kamaKamera ya Tucsen ya Libra 3405M sCMOS, kamera ya kisayansi yenye usikivu wa hali ya juu iliyoundwa kwa ajili ya kudai programu zenye mwanga mdogo.
sCMOS (CMOS ya kisayansi)
Darasa maalum la CMOS iliyoundwa kwa taswira ya kisayansi,Kamera ya sCMOSteknolojia inachanganya QE ya juu (kawaida 70-95%) na kelele ya chini, masafa ya juu yenye nguvu, na upataji wa haraka. Inafaa kwa upigaji picha wa seli moja kwa moja, hadubini ya kasi ya juu, na umeme wa njia nyingi.
Jinsi ya Kusoma Curve ya Ufanisi wa Quantum
Watengenezaji kwa kawaida huchapisha mkondo wa QE ambao hupanga ufanisi (%) katika urefu wa mawimbi (nm). Mikondo hii ni muhimu ili kubaini jinsi kamera inavyofanya kazi katika safu mahususi za taswira.
Vipengele muhimu vya kuangalia:
●Kiwango cha juu cha QE: Ufanisi wa juu, mara nyingi katika safu ya 500-600 nm (mwanga wa kijani).
●Safu ya Wavelength: Dirisha la mwonekano linalotumika ambapo QE inasalia juu ya kizingiti muhimu (kwa mfano, >20%).
●Kanda za Kuacha: QE inaelekea kuanguka katika maeneo ya UV (<400 nm) na NIR (>800 nm).
Kutafsiri mduara huu hukusaidia kulinganisha uwezo wa kitambuzi na programu yako, iwe unapiga picha katika wigo unaoonekana, karibu na infrared, au UV.
Utegemezi wa Wavelength wa Ufanisi wa Quantum
Kielelezo: Mviringo wa QE unaoonyesha thamani za kawaida za vitambuzi vilivyo na silicon mbele na nyuma.
KUMBUKA: Grafu inaonyesha uwezekano wa utambuzi wa fotoni (ufanisi wa quantum,%) dhidi ya urefu wa mawimbi ya picha kwa mifano minne ya kamera. Vielelezo tofauti vya vitambuzi na mipako vinaweza kubadilisha mikunjo hii kwa kiasi kikubwa
Ufanisi wa quantum inategemea urefu wa wimbi, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu. Sensorer nyingi za kamera zenye msingi wa silicon zinaonyesha ufanisi wao wa kilele wa quantum katika sehemu inayoonekana ya wigo, mara nyingi katika eneo la kijani kibichi hadi manjano, kutoka karibu 490nm hadi 600nm. Miingo ya QE inaweza kurekebishwa kupitia mipako ya vitambuzi na lahaja za nyenzo ili kutoa kilele cha QE karibu na 300nm katika urujuani-upe (UV), karibu 850nm katika infra red iliyo karibu (NIR), na chaguo nyingi kati ya hizo.
Kamera zote zenye silicon zinaonyesha kupungua kwa ufanisi wa quantum hadi 1100nm, ambapo fotoni hazina tena nishati ya kutosha kutoa elektroni za picha. Utendaji wa UV unaweza kuwa mdogo sana katika vitambuzi vilivyo na lenzi ndogo au kioo cha dirisha kinachozuia UV, ambacho huzuia mwanga wa mawimbi mafupi kufikia kihisi.
Katikati, miindo ya QE si laini na hata mara chache, na badala yake mara nyingi hujumuisha vilele vidogo na vijiti vinavyosababishwa na sifa tofauti za nyenzo na uwazi wa nyenzo ambazo saizi inaundwa.
Katika programu zinazohitaji usikivu wa UV au NIR, ukizingatia mikondo ya ufanisi wa quantum inaweza kuwa muhimu zaidi, kwani katika baadhi ya kamera ufanisi wa quantum unaweza kuwa mkubwa mara nyingi kuliko zingine kwenye ncha kali za curve.
Unyeti wa X-ray
Baadhi ya vihisi vya kamera ya silikoni vinaweza kufanya kazi katika sehemu ya mwanga inayoonekana ya wigo, huku pia vikiwa na uwezo wa kutambua baadhi ya urefu wa mawimbi ya X-rays. Hata hivyo, kamera kwa kawaida huhitaji uhandisi maalum ili kukabiliana na athari za mionzi ya X kwenye vifaa vya kielektroniki vya kamera, na vyumba vya utupu vinavyotumika kwa ujumla kwa majaribio ya X-ray.
Kamera za Infrared
Hatimaye, vitambuzi kulingana na si silicon lakini kwa nyenzo nyingine inaweza kuonyesha curve tofauti kabisa ya QE. Kwa mfano, kamera za infrared za InGaAs, kulingana na Indium Gallium Arsenide badala ya silikoni, zinaweza kutambua masafa mapana ya mawimbi katika NIR, hadi upeo wa karibu 2700nm, kulingana na lahaja ya kihisi.
Ufanisi wa Quantum dhidi ya Vipimo Vingine vya Kamera
Ufanisi wa Quantum ni kipimo muhimu cha utendakazi, lakini haifanyi kazi kikiwa pekee. Hivi ndivyo inavyohusiana na vipimo vingine muhimu vya kamera:
QE dhidi ya Unyeti
Unyeti ni uwezo wa kamera kutambua mawimbi hafifu. QE huchangia moja kwa moja kwenye usikivu, lakini vipengele vingine kama vile saizi ya pikseli, kelele ya kusoma na mkondo wa giza pia huchangia.
Uwiano wa QE dhidi ya Uwiano wa Mawimbi kwa Kelele (SNR)
QE ya juu huboresha SNR kwa kutoa mawimbi zaidi (elektroni) kwa kila fotoni. Lakini kelele nyingi, kutokana na umeme duni au baridi ya kutosha, bado inaweza kuharibu picha.
QE dhidi ya Safu Inayobadilika
Ingawa QE huathiri ni kiasi gani cha mwanga kinachotambuliwa, masafa yanayobadilika hufafanua uwiano kati ya ishara angavu zaidi na nyeusi zaidi ambazo kamera inaweza kushughulikia. Kamera ya juu ya QE iliyo na safu duni inayobadilika bado inaweza kutoa matokeo madogo katika matukio yenye utofautishaji wa juu.
Kwa kifupi, ufanisi wa quantum ni muhimu, lakini kila wakati itathmini pamoja na vipimo vya ziada.
Ufanisi wa "Mzuri" wa Quantum ni nini?
Hakuna QE "bora" kwa wote—inategemea maombi yako. Hiyo ilisema, hapa kuna alama za jumla:
| Mgawanyiko wa QE | Kiwango cha Utendaji | Tumia Kesi |
| <40% | Chini | Sio bora kwa matumizi ya kisayansi |
| 40-60% | Wastani | Maombi ya kisayansi ya kiwango cha kuingia |
| 60-80% | Nzuri | Inafaa kwa kazi nyingi za upigaji picha |
| 80-95% | Bora kabisa | Upigaji picha wa mwanga wa chini, usahihi wa juu, au upigaji picha mdogo wa fotoni |
Pia, zingatia kilele cha QE dhidi ya wastani wa QE kwenye safu ya taswira unayotaka.
Hitimisho
Ufanisi wa quantum ni mojawapo ya vipengele muhimu zaidi, lakini vilivyopuuzwa, katika kuchagua kifaa cha kisayansi cha kupiga picha. Iwe unatathmini CCD, kamera za sCMOS au kamera za CMOS, kuelewa QE hukusaidia:
● Tabiri jinsi kamera yako itafanya kazi chini ya hali halisi ya mwanga
● Linganisha bidhaa kwa ukamilifu zaidi ya madai ya uuzaji
● Linganisha vipimo vya kamera na mahitaji yako ya kisayansi
Kadiri teknolojia ya vihisi inavyoendelea, kamera za kisasa za kisayansi za QE za juu hutoa usikivu na utengamano wa ajabu katika matumizi mbalimbali. Lakini bila kujali jinsi vifaa vya juu, kuchagua chombo sahihi huanza na kuelewa jinsi ufanisi wa quantum unavyoingia kwenye picha kubwa.
Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara
Ufanisi wa juu wa quantum daima ni bora katika kamera ya kisayansi?
Ufanisi wa juu wa kiasi (QE) kwa ujumla huboresha uwezo wa kamera kutambua viwango vya chini vya mwanga, ambayo ni muhimu katika matumizi kama vile hadubini ya fluorescence, astronomia na upigaji picha wa molekuli moja. Hata hivyo, QE ni sehemu moja tu ya wasifu uliosawazishwa wa utendaji. Kamera ya hali ya juu ya QE yenye masafa duni ya kubadilika, kelele ya juu ya usomaji, au upoaji usiotosha bado inaweza kutoa matokeo ya chini kabisa. Kwa utendakazi bora zaidi, tathmini QE kila wakati pamoja na vipimo vingine muhimu kama vile kelele, kina kidogo na usanifu wa vitambuzi.
Je, ufanisi wa quantum unapimwaje?
Ufanisi wa quantum hupimwa kwa kuangazia kitambuzi na nambari inayojulikana ya fotoni kwenye urefu mahususi wa mawimbi na kisha kuhesabu idadi ya elektroni zinazozalishwa na kitambuzi. Hii kwa kawaida hufanywa kwa kutumia chanzo cha mwanga cha monokromatiki kilichosawazishwa na picha ya rejeleo. Thamani ya QE inayotokana imepangwa katika urefu wa mawimbi ili kuunda curve ya QE. Hii husaidia kubainisha mwitikio wa taswira ya kitambuzi, muhimu kwa kulinganisha kamera na chanzo cha mwanga cha programu yako au masafa ya utoaji hewa.
Je, programu au vichungi vya nje vinaweza kuboresha ufanisi wa quantum?
Nambari ya Ufanisi wa Quantum ni sifa ya asili, ya kiwango cha maunzi ya kitambuzi cha picha na haiwezi kubadilishwa na programu au vifuasi vya nje. Hata hivyo, vichujio vinaweza kuboresha ubora wa picha kwa ujumla kwa kuimarisha uwiano wa mawimbi kati ya kelele (kwa mfano, kutumia vichujio vya utoaji wa hewa chafu katika programu za umeme), na programu inaweza kusaidia kupunguza kelele au kuchakata. Bado, hizi hazibadilishi thamani ya QE yenyewe.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Haki zote zimehifadhiwa. Unapotaja, tafadhali tambua chanzo:www.tucsen.com
