芯耀
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一、什么是科學(xué)相機(jī)？? 它和普通的相機(jī)有什么不同？
科學(xué)相機(jī)，顧名思義，就是運(yùn)用于科學(xué)領(lǐng)域的專用相機(jī)。目前，主要應(yīng)用在：生命科學(xué)、天文學(xué)、化
學(xué)成像、生物成像、熒光纖維成像、高速攝影等領(lǐng)域。它的成像原理和普通的民用相機(jī)、攝像頭是一樣的，
都是以圖像傳感器（CCD 或 CMOS）為媒介，把光信號轉(zhuǎn)化為電信號的儀器。但由于應(yīng)用的領(lǐng)域和工作環(huán)
境不同，科學(xué)相機(jī)一般具有以下顯著特點(diǎn)：
1、 性能穩(wěn)定 、 可靠，可連續(xù)工作，可在各種極限的環(huán)境下使用，一般的數(shù)碼相機(jī)是做不到的。例如：
讓民用數(shù)碼相機(jī)一天工作 24 小時或連續(xù)工作幾天肯定會受不了的
2、 科學(xué) 相機(jī)的快門時間非常短，可以抓拍高速運(yùn)動的物體。
例如，把名片貼在電風(fēng)扇扇葉上，以最大速度旋轉(zhuǎn)，設(shè)置合適的快門時間，用科學(xué)相機(jī)抓拍一張
圖像，仍能夠清晰辨別名片上的字體。用普通的相機(jī)來抓拍，是不可能達(dá)到同樣效果的。
3、 科學(xué) 相機(jī)的圖像傳感器是逐行掃描的，而普通的相機(jī)的圖像傳感器是隔行掃描的， 逐行掃描的圖
像傳感器生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，成品率低，出貨量少，世界上只有少數(shù)公司能夠提供這類產(chǎn)品，而
且價格非常昂貴。
4、 科學(xué) 相機(jī)的幀率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于普通相機(jī)。
科學(xué)相機(jī)每秒可以拍攝幾十幅、幾百幅圖片，而普通相機(jī)只能拍攝 2-3 幅圖像，相差很大。
5、 工業(yè)相機(jī)輸出的是裸數(shù)據(jù)（ （raw data） ） ，其光譜范圍比較寬，比較適合進(jìn)行高質(zhì)量的圖像處理，例
如機(jī)器視覺（Machine Vision）應(yīng)用。而普通相機(jī)拍攝的圖片，其光譜范圍只適合人眼視覺，并且
經(jīng)過了壓縮處理，圖像質(zhì)量較差，不利于后期進(jìn)一步的分析處理。
二、 影響科學(xué)相機(jī)成像品質(zhì)的因素有哪些？? 如何選擇合適的科學(xué)相機(jī)呢？
1.? 信噪比
信噪比是判別相機(jī)性能的一大重要指標(biāo)，是影響圖像質(zhì)量的因素之一。所謂信噪比是指信號
與噪聲的比值，信噪比越大，噪聲對圖像造成的影響就越小，反之，則越大。因此，在選擇科學(xué)
相機(jī)時，建議選擇一些信噪比較高的、CCD/CMOS 結(jié)構(gòu)設(shè)計較好的相機(jī)，這樣，才能有效地控制
噪聲對圖像的影響，從而獲得精準(zhǔn)的測量或其他完美的效果。
2.? 量子效率
量子效率包括圖像傳感器表面接收光子的效率、內(nèi)部光子產(chǎn)生電荷的效率、電荷讀出的效率，
因此，一般用它來評定圖像傳感器接受以及記錄信號的能力。
量子效率對敏感度有一定的影響，量子效率越高， 傳感器的靈敏度就越高。
量子效率與光的波長也有一定的關(guān)系，所以一般在選擇科學(xué)級相機(jī)時，除了要看其最大量子
效率，還要考慮目標(biāo)波波長的量子效率。一般情況下，CCD 的量子效率相對比較高，因?yàn)橹挥羞@
樣才能滿足在暗弱環(huán)境下正常工作的需要。
3.? 像素大小
像素大小是我們在挑選科學(xué)相機(jī)時絕對不能忽視的一個指標(biāo)。像素大小跟靈敏度、分辨率都有
關(guān)系，在相同面積上，像素點(diǎn)越大，靈敏度越強(qiáng)，而像素點(diǎn)越小，分辨率越大。但是要注意的是，
像素的面積越小，那么其感光性會越差，信噪比會越低，這個時候圖像的質(zhì)量也會越差。如果這時
單純的以增加分辨率為手段來提升圖像質(zhì)量的話，恐怕會適得其反，造成圖像的變異。這個時候就
需要我們在保持像素面積不變的情況下，增大 CCD 的面積。而且像素排列越密集，越容易出現(xiàn)電流
干擾，出現(xiàn)“噪點(diǎn)”等現(xiàn)象出現(xiàn)，因此我們再選擇相機(jī)時不要只是看是不是高像素，上面所說的幾點(diǎn)
也同樣重要。
4.? 冷卻溫度
冷卻溫度之所以作為科學(xué)相機(jī)的一個重要指標(biāo) ， 是因?yàn)樗肼曔@個參數(shù)是相關(guān)聯(lián)的。 一般
情況下 ，過 曝光時間超過 5-10? 秒時，CCD? 芯片就會發(fā)熱 ， 會出現(xiàn)噪聲干擾 ， 影響成像效果 。科學(xué)制冷
CCD 就是采用了內(nèi)部制冷，達(dá)到了低噪聲的效果，才會被科學(xué)研究領(lǐng)域廣泛的采用。
5. A/D? 轉(zhuǎn)換
A/D 轉(zhuǎn)換器是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的機(jī)器，而 A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)則是圖像質(zhì)量的直接影響
因素，也是評價科學(xué)相機(jī)性能的重要指標(biāo)之一。A/D 轉(zhuǎn)換位數(shù)決定了采樣精度，位數(shù)越多,采樣精度
就越高。精度高了，還原后信號失真就會越小，生成的圖像質(zhì)量就越高。
三、的 目前常見的 CCD 和 和 CMOS? 科學(xué)級相機(jī) 大多是 制冷相機(jī) ， 其制冷溫度因生產(chǎn)廠家和相機(jī)型
號不同而有所不同。制冷溫度的設(shè)定對圖像信噪比有什么影響呢？科學(xué)級相機(jī)的制冷溫
度越低越好嗎？
我們先來了解一下信噪比的公式：
暗電流是指相機(jī)在沒有曝光的情況下，在一定的時間內(nèi)，圖像傳感器中像素產(chǎn)生的電荷。暗電流受
溫度影響非常大，降 溫度每下降 7 ℃ ， 暗電流的值就會減半，溫度越低，暗電流就越小。
科學(xué)相機(jī)曝光超過 5~10 秒，傳感器的芯片就會發(fā)熱，沒有制冷設(shè)備的芯片，“熱”或者白的像素點(diǎn)
就會遮蓋圖像，圖像到處可見雪花。因此，對于一些需要長時間曝光的應(yīng)用（比如：化學(xué)發(fā)光通常
需要幾十秒甚至幾分鐘的曝光），制冷的作用就顯得非常重要了，制冷溫度越低，暗電流就越小，
成像效果就越好。
一般來說，-25 ℃ 左右的制冷溫度已經(jīng)足夠滿足絕大部分的應(yīng)用需求。更深度制冷則需要更為復(fù)雜的
制冷設(shè)備，不僅會大大增加成本，而且也會加大發(fā)生故障的機(jī)率。所以說，不是制冷溫度越低就越
好，而是需要綜合考慮各方面的因素和實(shí)際應(yīng)用的要求。
四、科學(xué)相機(jī)的制冷方式有哪些？
目前科學(xué)相機(jī)的制冷方式基本上都是采用半導(dǎo)體制冷方式，也就是我們常說的”帕爾帖”原理制
冷，即：當(dāng)兩種不同的導(dǎo)體 A 和 B 組成的電路且通有直流電時，在接頭處會釋放出某種熱量，而另
一個接頭處則吸收熱量，將吸收熱量的那部分靠近圖像傳感器芯片，另一端則采用“風(fēng)冷”或者“水冷”
的方式將熱量導(dǎo)出去。
“風(fēng)冷”就是采用風(fēng)扇轉(zhuǎn)動，使空氣流動起來，與散熱器進(jìn)行熱交換。缺點(diǎn)是有振動，噪聲大。
“水冷”就是先用液體(水、乙醚、制冷液的混合)把芯片的熱量吸收，再通過水泵使液體流動起來，
把熱傳導(dǎo)到散熱器，從而把熱量散發(fā)出去，“水冷”散熱效果比“風(fēng)冷”好，而且靜音。缺
點(diǎn)是散熱器的體積有點(diǎn)大。
另外，也有用“液氮”進(jìn)行冷卻的，制冷溫度可達(dá)-120 ℃ ，但“液氮”散熱器的工藝復(fù)雜，造價
過于昂貴。
五、Koolance? 專業(yè)的“ 水冷” 散熱設(shè)備可以用在哪些科學(xué)相機(jī)上？
Koolance 公司 2000 年成立于美國，專注于“水冷”散熱系統(tǒng)及其相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)和生產(chǎn)，具有
ISO9001 和 ISO14001 雙認(rèn)證，在美國和韓國均有生產(chǎn)基地，遍布全球的經(jīng)銷商可迅速向各地的用戶提
供及時、周到的服務(wù)。（中國經(jīng)銷商網(wǎng)址：http://www.koolance.com.cn）。
世界著名的科學(xué)相機(jī)制造商“ TELEDYNE Photometrics ”?推薦使用?Koolance?生產(chǎn)的專業(yè)級水
冷散熱器進(jìn)行散熱，推薦散熱器的型號有：?EX2-755、EX2-1055、EXT-440CU、EXC-900?等，配合其科
學(xué)相機(jī)一起使用，將能充分發(fā)揮相機(jī)卓越的拍攝性能。
Koolance 相機(jī)專用散熱器的圖片
可應(yīng)用于 PHOTOMETRICS 相機(jī)的型號有： Prime 95B，Prime BSI，Prime BSI Express 等。
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