一般较弱信号会淹没在背景噪声内,为此我们测试了这两款相机的背景强度,如图3(a)所示为物镜焦点处激光功率(以下功率皆为此处测试值)为0.5mW、曝光时间为0.1秒时获得的单分子图像,像素面积为256 X 244像素;图(b)为背景直方图,中心背景强度为105灰度值,分布在95-130灰度值之间。
图4(a)所示为激光功率0.5mW、曝光时间为0.025秒时获得的单分子图像,像素面积为256 X 244像素;图(b)为背景直方图,中心背景强度为100灰度值,分布在95-140灰度值之间。可见EMCCD的背景灰度基本不随曝光时间变化。
图5(a)所示为激光功率0.5mW、曝光时间为0.1秒时使用Andor - sCMOS相机获得的单分子图像,该相机具有5.5M像素,我们只使用了它的640 X 640像素;图(b)为背景直方图,中心背景强度为10500灰度值,分布在5000-20000灰度值之间。进一步降低曝光时间得到
图6(a)所示的单分子图像,激光功率仍然为0.5mW、曝光时间为0.025秒,像素面积为640 X 640像素;图(b)为背景直方图,中心背景强度为16500灰度值,分布在5000-25000灰度值之间。可见该相机具有自动增益功能,当信号强度提高时,背景会自动减弱。
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信号强度测试
单分子信号相对于背景的强度是我们最关心的参数之一,为此我们对上述两款相机做了信号强度测试,并计算了信号强度与背景强度的比值。
图3所示的单分子图像,基于自主开发的Matlab统计算法,对亮的单分子点进行了强度统计,示于图(c)中,可以看到单分子最大强度可达570灰度值,与背景的比值为5.4。
图4(c)的单分子最大强度灰度值为311,与背景的比值为3.1。
图5(c)的单分子最大强度灰度值为32300,与背景的比值为3.08。
图6(c)的单分子最大强度灰度值为25600,与背景的比值为1.55。可以看到图5中的sCMOS拍摄参数与图4中的EMCCD拍摄参数可以得到相当的图像信号背景比。
另外我们还测试了Hamamatsu的sCMOS灵敏度(图7),但当时激光器出了故障,最大只能输出0.17mW的功率,因此得到的单分子图像不具有可比性。图7中测试的曝光时间为0.05秒,背景灰度值为100,单分子最大灰度值为122。
图3. 激光功率为0.5mW,曝光时间为0.1秒时Andor-EMCCD拍摄的单分子图像
图4. 激光功率为0.5mW,曝光时间为0.025秒时Andor-EMCCD拍摄的单分子图像
图5. 激光功率为0.5mW,曝光时间为0.1秒时Andor-sCMOS拍摄的单分子图像
图6. 激光功率为0.5mW,曝光时间为0.025秒时Andor-sCMOS拍摄的单分子图像
图7. 激光功率为0.17mW,曝光时间为0.05秒时Hamamatsu - sCMOS拍摄的单分子图像
2.总结
综合上述测试,我们发现在灵敏度方面,仍然是EMCCD占优势,其实这也不难理解,Andor - EMCCD的单个像素尺寸为16um,而Andor - sCMOS的单个像素尺寸只有6.5um。但是对于需要多像素的空间高分辨和高帧频的时间高分辨成像,如果信号强度不是太弱,sCMOS应该有更大的优势。
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