ORCA-Flash4.0 V3 CMOS相機(jī)的新功能介紹

Flash 4.0系列自2011年發(fā)布以來，一直是sCMOS相機(jī)市場中的旗艦產(chǎn)品，并在各類應(yīng)用中都有著廣泛的應(yīng)用。濱松從未停止追求巔峰的腳步，一直針對用戶的需求在不斷完善著Flash 4.0。Flash 4.0 V3不僅在像素均一性、USB 3.0拍攝幀速等方面均進(jìn)行了提升，而且還加入了許多特別的功能和選項以適應(yīng)于各類不同應(yīng)用的需求。

QC-CMOS：提升像素均一性

在科研定量的成像中，相機(jī)背景的均勻性以及每個像素對光響應(yīng)的均一性都非常重要。Flash 4.0 V3降低了相機(jī)的DSNU (Dark Signal Non-Uniformity)和PRNU (Photo Response Non-Uniformity)，在像素均一性方面得到了較大提升，使其更加適于超分辨成像 (如STORM、PALM等localization microscopy)等對于定量比較關(guān)注的應(yīng)用。

DSNU反映的是相機(jī)背景的均勻性，F(xiàn)lash 4.0 V3的DSNU典型值為0.3 e rms。下圖中左右兩圖均為針對同一樣品拍攝的10張原始圖片的平均;對比度均調(diào)整為98-106(Flash 4.0的offset為100，在沒有信號的情況下，像素的理論灰度值為100)。從圖像中可以看出Flash 4.0 V3的背景相對前者更加均勻。

PRNU反映的是相機(jī)每個像素對光響應(yīng)的均一性，F(xiàn)lash 4.0 V3在信號強度為700個電子(換算為灰度值大約是1500)時其PRNU典型值為0.3% rms;在信號強度為15000個電子(換算為灰度值大約是30000)時其PRNU典型值為0.06% rms。

此外，F(xiàn)lash 4.0 V3的線性度也進(jìn)行了提升，整個動態(tài)范圍中的線性誤差為0.5%;對于弱光探測，例如信號強度為500個電子(換算為灰度值約為1100)時的線性誤差更是低至0.2%，換句話說，在這種弱光探測的時候，線性誤差低至1個電子以內(nèi)。

QC-CMOS：提升像素均一性

sCMOS在許多應(yīng)用(如光片成像)中的一大優(yōu)勢是在保證信噪比的同時能夠提供高幀速以及高分辨率。但隨之而來的巨大數(shù)據(jù)量往往會造成數(shù)據(jù)處理上的困擾。Flash 4.0 V3提供16bit/12bit/8bit數(shù)據(jù)輸出選項幫助在合適情況下降低數(shù)據(jù)量。例如，在16bit輸出時，F(xiàn)lash 4.0 V3全幅100幀/秒的數(shù)據(jù)量約800 MB/s;如果采用8 bit輸出，數(shù)據(jù)量則可以降至約400 MB/s。

簡單的像素位深下降會造成圖像中一些細(xì)微明暗信息的丟失，也就是說原來在高像素位深(如B圖中的3bit和E圖中的16bit)下能夠區(qū)分的信號可能由于像素位深的簡單下降(如C圖中的2bit和F圖中的8bit)而無法區(qū)分。尤其在弱信號成像中，由于信號的灰度變化可能局限在一個較小的范圍內(nèi)，因此在比特深度降低時原本不同的灰度值會被壓縮成一個灰度而造成細(xì)節(jié)信息的丟失(如從圖B至圖C和從圖E至圖F)。

而為了使8bit和12bit的像素位深選項變得實用，盡可能保證圖像質(zhì)量至關(guān)重要。Flash4.0 V3允許選擇圖像的灰度變化范圍，使其換算后的灰度值能較大范圍的分布在降級后的灰度空間，盡可能保證圖像質(zhì)量(如從圖B至圖A和從圖E至圖D)。

USB 3.0版本：更高速

Flash 4.0系列在V2時代就引入了CameraLink和USB 3.0兩種可以隨意選擇更換的數(shù)據(jù)接口連接電腦，其中CameraLink的幀速可以做到全幅100幀/秒;而USB 3.0連接時雖然速度稍慢，但連接方便(甚至可以直接連接到筆記本電腦上)、成本比較低，而且可以根據(jù)需要直接在用戶處升級至高速的CameraLink版本(只需要更換數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)采集卡即可，相機(jī)頭都無需移動)，所以受到了市場的廣泛歡迎。在Flash 4.0 V3中，USB 3.0連接時的速度得到了提升，使其具有了更高的性價比。

# 三種特殊的讀出模式之lightsheet mode & dual lightsheet mode

Flash 4.0 V3具有專利的lightsheet mode，可以調(diào)整相機(jī)Rolling Shutter讀出時行與行之間的曝光時間間隔、方向，尤其適用于提升光片成像時的成像質(zhì)量。

此外，F(xiàn)lash 4.0 V3還在lightsheet mode的基礎(chǔ)上提供了Dual lightsheet mode讀出模式，允許相機(jī)芯片兩邊的讀出方向分別調(diào)整，適用于雙色光片成像。

三種特殊的讀出模式之W-View mode

針對雙色成像的應(yīng)用，F(xiàn)lash 4.0 V3包含了非常特別的W-View mode讀出模式，允許一臺相機(jī)芯片的兩邊設(shè)置不同的曝光時間。與濱松W-View GEMINI雙色分光器相配合，不僅可以做到雙色同步成像，而且在雙通道信號差距較大的時候可以分別設(shè)置曝光時間，使得兩個通道所成像的強度趨于一致，方便觀察及后續(xù)分析。

可以任意更換濾光片的W-View GEMINI雙色分光器、W-View GEMINI-2C雙相機(jī)分光器，加上Flash 4.0 V3中的dual-lightsheet mode、W-View mode等特殊讀出模式，濱松為雙色同步成像提供了極其豐富的工具，方便各種情形的需求。

兩種在線后處理選項之Enhanced Visualization mode

Flash 4.0 V3在圖像預(yù)覽的時候可以選擇Enhanced Visualization mode實時對圖像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在信號強度很弱的時候可以讓樣品結(jié)構(gòu)更加突出更易被觀察尋找。

兩種在線后處理選項之multi-level hot pixel correction

在一些應(yīng)用中，例如需要對移動物體進(jìn)行成像及分析時，少數(shù)的hot pixel可能會造成數(shù)據(jù)分析的不準(zhǔn)確;然而在另一些應(yīng)用中，任何對圖像的后處理都是不被希望的。為了適應(yīng)如此不同的需求，F(xiàn)lash 4.0 V3允許設(shè)置4個檔次的hot pixel校正，在最強的校正中，即使長時間曝光的圖像也不會出現(xiàn)hot pixel;而反過來，也可以選擇完全不進(jìn)行任何校正得到最為原始的數(shù)據(jù)。

Master Pulse:相機(jī)內(nèi)置信號發(fā)生器

外觸發(fā)的設(shè)置靈活性及用戶友好性一直是Flash 4.0系列所關(guān)注的重點之一。在Flash 4.0 V3中，濱松加入了一個Muster Pulse信號發(fā)生器，使得雙相機(jī)甚至多相機(jī)在硬件層面上可以做到完全同步的采集。

審核編輯 黃宇