18/09/03自2017年11月鑫圖推出了全球首款6.5微米的背照式背照式sCMOS科學(xué)相機(jī)——Dhyana 400BSI，得到高端科研市場的廣泛關(guān)注，掀起全球高靈敏成像技術(shù)的又一輪升級熱潮。在各家相繼推出背照式sCMOS成像方案的近一年時(shí)間里，鑫圖研發(fā)團(tuán)隊(duì)從未停止對技術(shù)精益求精的探索，如何將背照式sCMOS做成真正意義上的新一代科學(xué)相機(jī)，成為我們新的挑戰(zhàn)目標(biāo)。
2018年9月2日，鑫圖宣布完成了相機(jī)速度和信號處理等關(guān)鍵性能升級的Dhyana 400BSI V2.0正式上市！
雖然Dhyana 400 BSI V2.0不涉及背照式圖像傳感器芯片G2020BSI的更新?lián)Q代，也就是說，在像元尺寸、分辨率、量子效率、甚至讀出噪聲方面相比前代并沒有改變，但此次升級涉及的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)依然可圈可點(diǎn)，讓人耳目一新！
沒錯(cuò)，V2.0款外觀變化不小。不僅從前臉看外觀尺寸縮小了很多，顏色也變成了更酷的深灰黑色，這在一定程度上可以理解為，鑫圖機(jī)械結(jié)構(gòu)工藝的提高，畢竟尺寸越小，制冷和散熱的工藝難度就越大。
從后臉看，面板上多了兩個(gè)高速傳輸?shù)腃ameraLink接口，這個(gè)重大的變化意味著相機(jī)內(nèi)部硬件電路進(jìn)行了全面升級改進(jìn)，Dhyana 400 BSI V2.0最終實(shí)現(xiàn)了420萬全分辨率下74fps@CameraLink的芯片極限傳輸速率，以及40fps@USB3.0的接口最高數(shù)據(jù)傳輸速率。
而外觀和接口變化還僅僅只是Dhyana 400BSI V2.0的開胃菜，空間噪聲算法升級才是本次更新的關(guān)鍵。
信噪比，在科學(xué)成像領(lǐng)域就是靈敏度和圖像品質(zhì)，可以單純的理解成量子效率和噪聲的對決。介紹之前，我們不得不先了解一下背照式sCMOS芯片。
Dhyana 400BSI V2.0采用了背照式sCMOS芯片。這顆國產(chǎn)的由長春長光辰芯公司生產(chǎn)的G2020BSI背照式芯片在量子效率方面大幅領(lǐng)先于傳統(tǒng)正照式芯片，直接的結(jié)果就是：量子效率高多少，靈敏度就高多少。
但上帝是公平的，給誰的都不會太少，給誰的也都不會太多。辰芯G2020BSI這顆背照式sCMOS圖像傳感器雖然在量子效率方面大勝正照式sCMOS，但是由于工藝的原因，發(fā)熱量和暗電流噪聲較大，讀出噪聲的控制也不太好；而對于高端科研成像應(yīng)用來說，如果不能控制好噪聲，量子效率帶來的優(yōu)勢就會大大縮小。
如何揚(yáng)長避短？這里有必要普及一些噪聲的基礎(chǔ)常識。
噪聲分為像素內(nèi)噪聲(讀出噪聲、光散粒噪聲、暗電流噪聲為代表)和像素間噪聲(DSNU 、PRNU為代表的空間噪聲)。早年CCD一統(tǒng)天下的時(shí)候，CCD的像素間噪聲很低基本沒人關(guān)注，所以大家一股腦兒想的是如何降低像素內(nèi)噪聲(讀出噪聲)。于是就有了第一代的sCMOS，把讀出噪聲做到了1個(gè)電子，大大超越了CCD，引起了行業(yè)革命。
此前全球最好的sCMOS相機(jī)讀出噪聲為1.0e-(中值)和1.6e-(均方根值)。Dhyana 400BSI V2.0做到了1.2e-(中值)和1.8e-(均方根值)，還差一些些。但是一臺科學(xué)相機(jī)的噪聲不僅僅是讀出噪聲，還有暗電流和像素間噪聲。
半導(dǎo)體制冷加風(fēng)冷散熱技術(shù)早前已經(jīng)可以做到-10℃（環(huán)境溫度20℃下）的低溫水平，而Dhyana 400BSI V2.0相機(jī)的在20℃的室溫下已經(jīng)可以達(dá)到更低的-15℃水平，相機(jī)的暗電流噪聲也由此降低到了0.15e-；對于絕大多數(shù)sCMOS成像來說，相比1.0e-的讀出噪聲，就算長達(dá)100毫秒的曝光對應(yīng)產(chǎn)生的暗電流噪聲也要小于0.02e-，幾乎達(dá)到了可以忽略不計(jì)的水平。
隨著CCD的退出和sCMOS的崛起，sCMOS像素間噪聲(DSNU、PRNU) 偏大的問題開始被推上風(fēng)口浪尖， sCMOS相機(jī)廠商在這兩年進(jìn)行了新一代升級。
之前全球最好的DSNU(暗信號不均一性)值是0.3e-。DSNU值越低代表噪聲基線越平。V2.0版本的Dhyana 400BSI與2017款做比較的話，從前代的0.3e-下降到0.2e-。不僅打破了記錄，還將業(yè)內(nèi)最好的DSNU噪聲下降了33%。
而之前全球最好的PRNU(光響應(yīng)不均一性)值是0.3% (700e-)。PRNU值就是像素之間對光的響應(yīng)的偏差率。V2.0版本的Dhyana 400BSI與2017款做比較的話，從前代的1.6%下降到0.3%，做到了目前的最優(yōu)值。
需要指出的是，還有一種噪聲人類世界暫時(shí)還奈何不了，它是光散粒噪聲，光散粒噪聲基于泊松分布的基本物理學(xué)原理，隨著光子數(shù)變多而變大。對于sCMOS級別的科學(xué)相機(jī)來說，當(dāng)光子數(shù)多于10個(gè)以上時(shí)，像素內(nèi)噪聲的統(tǒng)治權(quán)就交給光散粒噪聲了。所以在涉及并非極限弱光的成像應(yīng)用中，信噪比變成了量子效率與空間噪聲 (DSNU/PRNU) 的對決。
所以Dhyana 400BSI V2.0的終極目標(biāo)是“采用最高量子效率的背照式芯片，同時(shí)把空間噪聲做到最低。”
背照式sCMOS芯片發(fā)熱量大， Dhyana 400BSI V2.0就把制冷溫度做得更低，在同樣的體積內(nèi)， Dhyana 400BSIV2.0的暗電流噪聲與最好的正照式sCMOS相機(jī)旗鼓相當(dāng)。
背照式sCMOS芯片讀出噪聲偏大0.2e-，那么Dhyana 400BSI V2.0就把DSNU和PRNU做得更低，失之東隅收之桑榆，這里像素內(nèi)噪聲多了0.2e-，在那里通過像素間噪聲少0.1e-，把背照式sCMOS芯片的缺憾補(bǔ)償了些回來。
當(dāng)各項(xiàng)噪聲指標(biāo)和全球最優(yōu)基本相當(dāng)?shù)臅r(shí)候，?Dhyana 400BSIV2.0量子效率的優(yōu)勢就完全凸顯了出來。我們不能只看著560nm處95%量子效率比正照式82%提高了15%，如果你做的是近紅外光850nm應(yīng)用，量子效率提高的就是40%，如果你做的是400nm藍(lán)光應(yīng)用，量子效率的提高甚至超過了60%，所有這種量級的信噪比提高對科學(xué)級應(yīng)用來說，都是相當(dāng)巨大的。
在光學(xué)領(lǐng)域有一種說法是性能提升10%，成本提高100%，那么Dhyana 400BSI V2.0動輒百分幾十的靈敏度提高，價(jià)格要提升多少呢？
高QE的Dhyana400BSI在超高分辨率顯微鏡應(yīng)用----《ACS Nano》
Dhyana 400BSI V2.0更新的力度不算小，但其價(jià)格并沒有大幅提升，就算全部頂配想要一步到位，比如PC端的高速CameraLink卡、水冷(降溫還能低10度)等全部招呼上，價(jià)位也同樣值得期待。
除了自有的SDK和Demo，Dhyana 400BSI V2.0支持的第三方應(yīng)用也已經(jīng)大大擴(kuò)展，包括Micromanager, Labview, Matlab等，可以為您提供更多應(yīng)用支持和幫助。
定量分析更精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)捕捉更快速，鑫圖攜Dhyana 400 BSI V2.0再次向您致敬，感謝所有的支持與幫助！
