滨松推出高信噪比科研级sCMOS相机ORCA-Fusion

2018年11月1日，滨松全球同步发布了一款最新的高速、高灵敏、定量sCMOS相机——ORCA-Fusion。

冠以了“ORCA”的名号，当然也继承了家族的优良“基因”。承袭前辈ORCA-Flash 4.0，ORCA-Fusion拥有着一如既往的高帧速：

100帧/秒 @470万像素

89.1帧/秒 @530万像素

此外，最为突出的，则是此次在ORCA-Fusion上得以大幅提升的信噪比：

最低0.7e(rms)读出噪声

QE/读出噪声比值高至1.14

如何炼成优秀的图像质量？

图像质量是成像中的一个核心关注点，可以通过两个概念予以评价——分辨率和信噪比。ORCA-Fusion具有530万像素（2304x2304），配合6.5um的像素尺寸，可以提供非常出色的分辨率。而信噪比方面要怎样做到提升呢？

关于相机成像的信噪比，主要与4个因素相关：

（1）样品信号的强度和显微镜物镜等光学系统对信号的收集能力；

（2）曝光时间，一般而言，延长曝光时间会带来信噪比的上升，但会牺牲帧速；

（3）量子效率；

（4）读出噪声。

从相机的角度，量子效率与读出噪声分别对应了信号与噪声，其比值越高，信噪比也就越高。

完美的定量相机（Quantitative Camera）一直是滨松孜孜不倦追求的方向，而信噪比的不断提升则是其中的核心——在保证高量子效率的同时，ORCA-Fusion在噪声控制上精耕细作，将读出噪声降低至0.7e rms/0.6e median这样的水平，使得QE/读出噪声比值提升至1.33。这也使得ORCA-Fusion一经面世，就超过之前所有的sCMOS相机前辈，一跃领先。

而不同于许多同类产品降低帧速以保障信噪比的做法，滨松不仅做到了行业巅峰的信噪比，在速度上也绝不妥协，ORCA-Fusion的像素读出频率高达470MHz，在2304x2048（470万像素）这样的分辨率下能够做到100帧/秒，选择合适大小的ROI甚至能将帧速提升至41000帧/秒。

以下为新鲜出炉的样片：

继续定义“高帧速”

除了信噪比，帧速在许多成像应用（如lightsheet）中也至关重要。上文提到了，ORCA-Fusion作为滨松系列科研相机ORCA家族的新成员，继承了优良“基因”，维持令业界欣羡的高帧速特性。

像素读出速度（即全幅帧速 x 像素数目）高达470MHz，相对CCD相机时代常见的20MHz自然不能同日而语，即使是比主流高端sCMOS相机的420MHz（100帧/秒 @ 2048x2048）也提升了12%。

ORCA-Fusion的全幅帧速为89.1帧/秒 @ 2304x2304；选取合适的ROI（如2304x2048）时能够获得更高的帧速（如100帧/秒）。另外由于Fusion本身具有的高速性能，彻底摒弃了传统sCMOS从两边读出的方式，改掉了ROI开窗位置不同帧速就不同的老毛病，率先做到了“从一而终”的读出方式。一方面，实现了任意位置取相同大小的ROI，帧速均相同；另一方面，大大提高了Lightsheet模式的读出速度。

高分辨率，看清更深处的细节

以上这张图就出自ORCA-fusion，在分辨率提升至2304×2304（530万像素）后，图像变得更加清晰，细节也得以更好的体现。

我们再来看看下面的图片，对同样视野大小拍摄的荧光小球，放大后可以看到更突出的细节，比市面上的背照式sCMOS相机清晰度高出一倍。

此外，ORCA-fusion还在一些细节上进行了完善。如为更加方便支撑结构的使用和设计，整体机身的重量降至了1.2kg。