互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術現在可以提供許多生物醫學應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的機器視覺性能和價值樹立了標桿，本文將解釋每種技術在生物醫學和生命科學中要求很高的成像應用中的收益和成本。

CMOS和sCMOS傳感器有什么區別？

通常，sCMOS傳感器被認為是“下一代”CMOS傳感器。

引入sCMOS技術是為了在CMOS開發的早期階段彌合新CMOS傳感器和傳統CCD（電荷耦合器件）傳感器之間的差距。最初，由于動態范圍，讀取噪聲，幀速率和分辨率的折衷，生物醫學應用無法使用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計原理和制造技術，但結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，寬動態范圍和高保真度的科學應用。

但是，自從sCMOS相機問世以來，多年來，傳統的CMOS傳感器在量子效率和降低自身內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學應用的可行選擇。

此外，大多數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用選擇顯微鏡相機，組織學相機，細胞學/細胞遺傳學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，或者是特定應用中特有的性能參數的組合，都會影響選擇。

但不管是CMOS還是sCMOS，您都應該選擇單色傳感器，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）。此外，sCMOS相機通常包括Peltier冷卻系統，以減少長時間曝光后由熱產生的噪聲。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更加復雜，因此價格更高。

為了解決這個問題，CMOS制造商繼續在量子效率（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，使得某些生物醫學成像應用無需進行冷卻。

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，從而降低了系統的復雜性（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設計人員考慮評估最新的CMOS傳感器，以取代基于sCMOS的系統。在許多情況下，視覺系統設計人員驚訝地發現一個合適的CMOS相機的價格低于1000美元，而具有類似性能參數的典型sCMOS設置可能會花費超過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。在機器視覺領域，EMVA1288已經成為歐美AIA（美國自動成像協會)和日本JIIA（日本工業成像協會)公認的相機規格和測量標準。

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用確定最重要的性能參數，并對CMOS和sCMOS相機進行合理的比較，然后再相互淘汰。

CMOS傳感器在不斷發展，CMOS和sCMOS之間的價格比正在迅速縮小。如果常規的CMOS傳感器可以滿足您的應用要求，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