Насколько мы близки к теоретическим пределам работы датчика при слабом освещении? - Фотопедия
Купить гитару в Москве
2 голосов
/

Рассмотрим снимок с низкой экспозицией при низкой освещенности и высокой ISO. Мы все знаем, что изображение будет шумным. Я понимаю, что в шуме изображения преобладает шум счета фотонов (шум выстрела), который вызван тем, что фотоны являются дискретными частицами, и потому что их будет на один пиксель меньше. Этот превосходный вопрос обсуждает это.

Для меня упрощенный вид датчика изображения - это устройство для счета фотонов. Каждый поступающий фотон с правильной длиной волны для конкретного пикселя приводит к тому, что его внутренний счетчик равен «+1», пока не будет достигнуто значение насыщения. Скажем, 16383 для 14-битных датчиков.

Когда я читаю больше, я понимаю, что все не так просто - не каждый фотон подсчитывается ( QE ), тогда есть эта аналоговая часть усилителя, которая вводит " немного электронов шума" ». Таким образом, мой вопрос состоит в том, сколько шума в этом сценарии вносит шум счета фотонов, и сколько из-за дефектов датчика?

Другими словами, если мы установим ISO достаточно низко, чтобы несовершенства сенсора учитывали только последний бит 14-битного цифрового значения «счетчика», сколько фотонов в среднем должно достичь этого пикселя? вызвать увеличение +1? Очевидно, что если мы получим это соотношение равным «1», мы получим наше идеальное устройство для счета фотонов, и, очевидно, мы еще не там, но с коммерчески доступными датчиками в 2017 году, насколько мы близки?

Ответы [ 2 ]

4 голосов
/

Очевидно, что если мы получим это соотношение равным просто «1», мы получим наше идеальное устройство для счета фотонов, и, очевидно, мы еще не там, но с коммерчески доступными датчиками в 2017 году, насколько мы близки?

LinCam имеет разрешение 1000x1000 пикселей с временным разрешением 50ps (2,5 гигаэмплов в секунду).

LINCam25 and LINCam40

Такие камеры используются для флуоресцентных исследований биологических структур с высоким разрешением и разрешением по времени, метод, при котором флуоресцентные химические вещества вводятся в растения или людей, а затем можно наблюдать активность клеток.

Широкий ассортимент продуктов PicoQuant для подсчета фотонов включает в себя несколько высокопроизводительных модулей для коррелированного по времени подсчета одиночных фотонов (TCSPC) и синхронизации событий, детекторы, чувствительные к одиночным фотонам, и специализированное программное обеспечение для оценки (флуоресцентных) измерений флуоресценции с временным разрешением. и квантовые корреляции.

Некоторые из доступных однофотонных детекторов (не изображение, а просто пиксель) имеют максимальная эффективность обнаружения от 40 до 50% при 400–550 нм . На самом деле они полагаются на получение одного фотона для измерения времени, которое оно произошло после стимула, так как несколько фотонов (или отсутствующих фотонов) влияют на измерения в флуоресцентной визуализации продолжительности жизни ( FLIM ).

Несмотря на то, что технология продолжает совершенствоваться, такие камеры были доступны в течение многих лет, а Stanford Computer Optics была основана в 1989 году. Их изображения Интенсивная ПЗС-камера и EMCCD (электронное умножение) работают эффективно обнаруживаемый фотон на ярче , чем остаточный шум (при достаточном охлаждении).

Quantum Efficiency Chart

Эти камеры (и однопиксельные детекторы) предназначены для точного и безошибочного подсчета одиночных фотонов, как и все электрические устройства, иногда они пропускают фотон, а иногда есть ошибка в подсчете - усреднение результатов с несколькими кадрами может накапливать достаточно информации создать гистограмму, показывающую количество и частоту встречаемости.

Объяснение математики подсчета фотонов и эффектов шума см. http://www.andor.com/learning-academy/ccd,-emccd-and-iccd-comparisons-difference-between-the-sensors или http://www.andor.com/learning-academy/electron-multiplying-ccd-cameras-the-technology-behind-emccds, где Андор утверждает:

"В пределе, когда на пиксель падает меньше 1 электрона за одну экспозицию, EMCCD может использоваться в режиме счета фотонов. В этом режиме пороговое значение устанавливается выше обычного показания усилителя, и все события подсчитываются. как одиночные фотоны. В этом режиме с подходящим высоким коэффициентом усиления большая доля падающих фотонов (> 90%) может учитываться без влияния эффекта фактора шума. ".

EMCCD может умножить свой вход более чем в 10 000 раз, разделив на одно и то же значение, чтобы получить точное количество фотонов.

0 голосов
/

Если вы имеете в виду «насколько ближе к идеалу мы можем получить практичность / технологичность?», То никто не может априори ответить на вопрос. У нас нет возможности узнать, какие технологические прорывы будут сделаны в будущем. Конечно, существует теоретический предел (которого мы, вероятно, никогда не достигнем).

Добро пожаловать на сайт Фотопедия, где вы можете задавать вопросы и получать ответы от других членов сообщества.
...