科研相機成像品質的關鍵Vol.1—收光
實現最高圖像品質，一直是所有工業相機製造商的目標，但在科研成像中，工業相機需滿足某些特定性能，才能呈現出高圖像品質，以滿足科研成像的嚴格要求。
在【打造光學系統】第八集：徹底解析感光元件的六大參數中，討論過感光元件的重要參數，這期將概述科研相機圖像品質的關鍵因素：收光、雜訊、均勻度、校正並探討如何最大化。
收光
工業相機的光收集能力是決定最終圖像品質的基本因素之一，收集的光子越多，圖像品質就越好，其中又細分為量子效率、像素大小、電位井容量。
量子效率（Quantum efficiency）
量子效率（QE）是衡量成像設備將入射的光子轉換為電子的有效性指標，如果感光元件的QE為100%，代表收到100個光子，將產生100個電子的信號。
決定量子效率的主要因素是前照式與後照式的設計，如圖1所示前照式相機當光子射入時，會經過電子元件、金屬佈線及微透鏡，光子通常會損失至少25%，而背照式設計無需經過微透鏡，更有效率使光子直接撞擊光敏矽，。
高端科研相機可以通過背照式設計實現高達95%的QE，但也取決於檢測的光波，如圖2所示，在可見光譜的近紅色和紫色區域，特別是在前照式設計的相機中，前一代感光元件具有較低的QE。
小結：更高的量子效率，將提高科研圖像品質和可量化性。
像素大小
相機像素面積越大，像素能夠收集的光子就越多。因此，像素大小加倍會讓光收集能力提高 4 倍，因此增加像素尺寸是提高相機靈敏度的有效方法之一，但增加像素尺寸可能會犧牲解析度，除非解析度受到光學系統的限制。
較大的像素也能容納更多的電子，使它們具有更高的電位井容量，從而獲得更好的動態範圍。
小結：較大面積的像素可以收集更多光子，但解析度可能相對下降，取決於光學組件。
電位井容量
代表單個像素在飽和之前可容納的電子量，原文為Full Well Capacity，當像素接近其最大容量時，會導致電子間產生互斥效應，而降低收集電子的能力，進而影響線性度，對一般應用來說雖不構成問題，但對科研相機來說是無法接受的。
可用的電位井容量還取決於相機圖樣，由相機位元深度（可用灰階級別的數量）乘以相機增益（從電子到灰階級別的轉換因數，以e-/灰階表示）決定，兩者都可以根據相機參數設置而改變。
高電位井容量對需要高動態範圍的成像技術來說至關重要，並可應用於改善高光照水平技術中的信噪比，但對低光照水平的應用，例如典型的螢光顯微鏡，電位井容量就不是一個重要因素。
小結：電位井容量會影響需要大動態範圍或使用高光照水準的成像技術的圖像品質。
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