互補金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)現(xiàn)在可以提供許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用所需的高級成像功能，但是它可以代替更昂貴的sCMOS（scientific CMOS）傳感器嗎？

CMOS和sCMOS傳感器已為多個行業(yè)的機器視覺性能和價值樹立了標(biāo)桿，本文將解釋每種技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)中要求很高的成像應(yīng)用中的收益和成本。

CMOS和sCMOS傳感器有什么區(qū)別？

通常，sCMOS傳感器被認為是“下一代”CMOS傳感器。

引入sCMOS技術(shù)是為了在CMOS開發(fā)的早期階段彌合新CMOS傳感器和傳統(tǒng)CCD（電荷耦合器件）傳感器之間的差距。最初，由于動態(tài)范圍，讀取噪聲，幀速率和分辨率的折衷，生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用無法使用CMOS傳感器。引入sCMOS相機時，它們使用了與CMOS傳感器非常相似的設(shè)計原理和制造技術(shù)，但結(jié)合了多種功能來幫助他們克服最初的CMOS缺點。這使得sCMOS傳感器適合于要求低光性能，寬動態(tài)范圍和高保真度的科學(xué)應(yīng)用。

但是，自從sCMOS相機問世以來，多年來，傳統(tǒng)的CMOS傳感器在量子效率和降低自身內(nèi)部噪聲的能力方面都得到了改善，這使得CMOS相機成為許多高級生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可行選擇。

此外，大多數(shù)CMOS相機比sCMOS相機便宜得多。僅此一個因素便促使許多工程師和研究人員在需要為其應(yīng)用選擇顯微鏡相機，組織學(xué)相機，細胞學(xué)/細胞遺傳學(xué)相機或落射熒光相機時考慮使用最新的CMOS傳感器。

我該選擇CMOS還是sCMOS傳感器？

選擇CMOS還是sCMOS傳感器取決于一系列因素。如果你在兩者之間猶豫不決，你很可能使用的是外顯照明，因為白光足夠亮，不需要sCMOS傳感器。另外，有時可能只是簡單的光照到相機的程度，或者是特定應(yīng)用中特有的性能參數(shù)的組合，都會影響選擇。

但不管是CMOS還是sCMOS，您都應(yīng)該選擇單色傳感器，而不是彩色傳感器，因為單色傳感器具有固有的量子效率優(yōu)勢。

sCMOS傳感器的特點是背面照明和大像素，有助于降低整體噪聲（如CCD技術(shù)）。此外，sCMOS相機通常包括Peltier冷卻系統(tǒng)，以減少長時間曝光后由熱產(chǎn)生的噪聲。使用sCMOS傳感器的相機還需要一個高帶寬接口，例如帶有幀捕捉板的CameraLink或CoaXpress，從而使這種視覺系統(tǒng)更加復(fù)雜，因此價格更高。

為了解決這個問題，CMOS制造商繼續(xù)在量子效率（收集入射光子的能力），降低讀取噪聲（確保即使在這種噪聲中不會損失低水平的入射光子）方面做出重大改進，并實施了背面照明。雖然Peltier冷卻也是某些CMOS傳感器的一種選擇，但由于量子效率的提高和噪聲的降低，使得某些生物醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用無需進行冷卻。

降低成本的另一種方法是接口。多年來，CMOS傳感器已與諸如USB3，GigE和10 GigE的消費類接口配對。這些接口不需要幀捕獲器，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性（和成本）。即將推出的接口（例如25/100GigE，USB4和CXPX）將通過提供明顯更高的帶寬來完全消除此問題。

CMOS傳感器是一種成本較低的替代品

僅僅是較低的成本就促使許多工程師和系統(tǒng)設(shè)計人員考慮評估最新的CMOS傳感器，以取代基于sCMOS的系統(tǒng)。在許多情況下，視覺系統(tǒng)設(shè)計人員驚訝地發(fā)現(xiàn)一個合適的CMOS相機的價格低于1000美元，而具有類似性能參數(shù)的典型sCMOS設(shè)置可能會花費超過10000美元。

無論是sCMOS還是CMOS，許多相機制造商都沒有使用單一的標(biāo)準來比較相機。因此，無論使用哪種類型的傳感器，比較相機都是一個挑戰(zhàn)。在機器視覺領(lǐng)域，EMVA1288已經(jīng)成為歐美AIA（美國自動成像協(xié)會)和日本JIIA（日本工業(yè)成像協(xié)會)公認的相機規(guī)格和測量標(biāo)準。

綜上所述，對于需要極致性能的情況下，sCMOS相機可能是必需品。但是，有必要為您的特定應(yīng)用確定最重要的性能參數(shù)，并對CMOS和sCMOS相機進行合理的比較，然后再相互淘汰。

CMOS傳感器在不斷發(fā)展，CMOS和sCMOS之間的價格比正在迅速縮小。如果常規(guī)的CMOS傳感器可以滿足您的應(yīng)用要求，那么對于您和您的團隊而言，這可能是一種便宜得多的選擇。
編輯：hfy