制冷型相机与非制冷型相机灵敏度对比（上）
2026-05-14 来源:本站 点击次数:71在了解制冷型和非制冷型相机的优劣区别前，请您先陪我们观看一场实验室障碍赛跑比赛，看看微生物们是如何评价我们的非制冷型pco.panda sCMOS相机的？
温度对相机中普遍存在的某些噪声源有重大影响，这些噪声源组成图像传感器的总读出噪声。当电子设备连续工作时，它们会因信号处理过程中的损失而散热，而通过“冷却”设备中的图像传感器组件或电子电路来降低温度确实可以提高图像质量和性能。
经过进一步调查冷却带来的优缺点表明，制冷型相机不一定比非制冷型相机更灵敏。为此，我们需要仔细研究冷却过程的潜在影响。
经过进一步调查冷却带来的优缺点表明，制冷型相机不一定比非制冷型相机更灵敏。为此，我们需要仔细研究冷却过程的潜在影响。
图 1：对 sCMOS 相机的平均暗信号进行为时四小时的测量，该相机以全速 (100 fps) 连续读取数据，其图像传感器的温度控制在 +5°C (pco.edge 5.5)。
温度控制
冷却主要来自相机系统尤其是图像传感器的温度控制。图 1显示了使用热电珀尔帖冷却器进行热稳定的图像传感器；可以操作相机，但偏移量（暗值）保持不变。
随后，因为信号的任何变化都将归因于入射光波动而非温度波动，所以该相机可用于光强度量化。不过，这种稳定的图像质量和绝对温度没有直接的联系：保持图像传感器在低温环境并不重要，而严格地控制并稳定它的温度是更为重要的。图 1 中每小时的暗信号漂移或变化约为 0.5 [count]，这意味着它非常稳定。
减少暗电流
冷却的另一个原因是可以降低噪音。在光敏像元中存在与温度相关的噪声源，可以通过冷却将其最小化。还存在温度产生电荷载流子的可能性，这些电荷载流子被称为暗电流。与CMOS和sCMOS图像传感器相比，CCD图像传感器的剩余优势之一是有较低的暗电流，而前者总是具有明显更高的暗电流值。暗电流对信号的贡献取决于曝光时间和工作温度。如果我们查看图像传感器或相机的暗信号 μd，就会发现与温度无关的部分 μd.0 和与温度相关的部分 μtherm。μtherm与曝光时间呈线性关系，等于暗电流 μI（单位 = [e-/(pixel *s)]）乘以曝光时间 texp：
根据误差传播定律，暗信号的方差为：
因为热感应电子是泊松分布的，光感应电子也是如此，𝜎2therm = 𝜇therm。因此暗电流具有不同的影响结果。
首先，它总是向信号添加一个与光无关的常数部分，这取决于曝光时间和温度；其次，它对读出噪声具有贡献，这也取决于曝光时间和温度。这意味着，在高帧率和短曝光时间下，暗电流可以忽略不计，而在低帧率和长曝光时间（>几秒）下，暗电流可以累积并具有更显着的影响。
对于温度来说，温度越低暗电流越低。在极低光应用的情况下，且预计曝光时间为数秒至数分钟时，应尽可能冷却图像传感器（只要所需信号的波长不长于红色），如果在可能的情况下，可以使用CCD相机代替CMOS或sCMOS相机。但是对于短曝光时间的应用，例如在毫秒范围内，可能不需要冷却来减少暗电流。因为这取决于应用要求以及相机性能参数，所以此处无法给出二者界限的固定数字。
尾注：
1 来自 EMVA 1288 标准的公式 19 - 图像传感器和相机的表征标准，3.1 版
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