长期承担这类任务的是电子倍增 CCD（EMCCD）。近期完成的一项性能验证测试，则将同一类需求交给另一条技术路线来检视：科学级 sCMOS。被测设备为深视智能（SinceVision）Solis B518 sCMOS 相机，核心参数的采集与统计依照 EMVA 1288 标准执行。
实验背景与目标
EMCCD 依靠片内电子倍增寄存器把微弱信号放大到读出噪声之上，这一结构确立了它在极限弱光场景中的地位，也引入了几个难以回避的特性。
增益随时间老化，使得长期观测需要反复标定；倍增过程额外引入乘性噪声，对定量精度构成影响；受限于器件架构，采样频率偏低；设备本身的购置与维护成本亦不低。对需要连续、长期、定量观测的课题组而言，这些特性构成了实际约束。
本项测试的出发点由此确立：在不依赖电子倍增结构的前提下，验证科学级 sCMOS 能否在量子效率、读出噪声、暗电流等维度上，提供足以支撑极限弱光实验的成像条件。测试被设计为一组多指标的验证组合，而非单一参数的对照。
实验方案与成像环节
被测设备为深视智能 Solis B518 科学级 sCMOS 相机。围绕弱光成像的三个主要误差来源——读出噪声、暗电流、像素间响应差异——方案在器件结构与制冷两条线上分别做了安排。
器件层面。 相机采用背照式（BSI）CMOS 芯片，配置原生 18 μm × 18 μm 大尺寸像元。背照式结构将入射光自芯片背面引入，避开了正面金属布线对光的遮挡，其电荷探测层相对更厚，因而在近红外与紫外波段仍能维持较高的量子效率。大像元则直接扩大了单个像素的感光面积。
图 | 左：6.5μm像元1500μs曝光；右：18μm像元150μs曝光
制冷与封装层面。 方案采用多级 TEC 制冷，标称可实现不低于 60 ℃ 的温差，并配合全真空密封工艺（标称漏气率不高于 10⁻⁹ Pa·m³/s），以抑制结露风险与长期漂移。
信号处理层面。 相机内置板上校正算法，用于修正暗信号的非均匀性，以及暗场平均灰度随曝光时间的偏移。
所有涉及核心参数的测试均按 EMVA 1288 标准进行。
关键结果与数据
测试结果可归为六组，汇总如下。
测试项测试条件结果
读出噪声EMVA 1288 标准统计0.5 e⁻ 量级
暗电流制冷至 −30 ℃0.007 e⁻/pixel/s
暗信号不均匀性 DSNU板载算法校正后由约 1.6 e⁻ 降至 0.3 e⁻（注）
光子数分辨平均光电子 3 e⁻/pixel直方图呈泊松分布，单光子峰可辨
近红外灵敏度（890 nm）18 μm 像元 / 150 μs 对照 6.5 μm 像元 / 1500 μs以 1/10 曝光时间获得更高亮度
光响应线性度CMS 16 bit 模式【待补充：线性度拟合数值 / R²】
读出噪声。 在 EMVA 1288 方法下统计，读出噪声落在 0.5 e⁻ 量级，即亚电子水平。这一量级的直接意义在于，微弱信号不会在进入读出环节时被器件自身的噪声淹没。
图 | 读出噪声统计
光子数分辨。 低读出噪声进一步带来了对入射光子数进行统计的可能。实测显示，在平均光电子数为 3 e⁻/pixel 的条件下，像素灰度直方图呈现出可区分的多峰结构，成像噪声服从泊松分布。这使相机具备时间与空间两个维度上的光子数分辨能力。
图 | 光电子概率分布
暗电流。 暗电流随温度升高、曝光时间延长而累积。测试中，相机在多级 TEC 制冷至 −30 ℃ 的条件下，暗电流为 0.007 e⁻/pixel/s。制冷在此的作用是直接的——按常规经验，温度每下降 6–8 ℃，暗电流约减少一半。配合真空密封工艺，长期观测中的暗电流漂移由此得到约束。
图 | -10℃下的暗电流及矫正效果
近红外灵敏度对照。 在 890 nm 波段的火焰观测中，Solis B518 以 150 μs 曝光获得的结果，亮度高于对照的 6.5 μm 背照式 sCMOS 相机以 1500 μs 曝光获得的结果，曝光时间仅为后者的十分之一。该表现与 18 μm 大像元带来的感光面积增益，以及背照式结构在近红外波段的量子效率表现相互印证。
均匀性与线性度。 DSNU 经板上校正后降至约 0.3 e⁻，像素间暗信号波动被压缩到较低水平。在 CMS 16 bit 模式下，光响应线性度表现良好。
图 | 左：矫正前（1.6e-）；右：矫正(0.2e-)
图 | CMS 16bit模式下线性度曲线
研究者视角的使用评价
从既有数据的指向看，若要向使用方核实，以下几个方向可直接回应前文所述 EMCCD 的固有约束：
· sCMOS 方案取消电子倍增结构后，长期观测是否仍需像 EMCCD 那样周期性标定增益；
· 在实际长时间序列采集中，−30 ℃ 制冷是否足以压制暗电流累积；
· 18 μm 大像元在提升灵敏度的同时，是否对高分辨率需求的场景构成取舍。
结语
本项测试的数据指向一个相对明确的结论：在不依赖电子倍增的前提下，背照式大像元 sCMOS 已经能够在读出噪声、暗电流、光子数分辨等核心指标上达到可用水平，并在近红外灵敏度上表现出明显优势。对于受增益老化与乘性噪声困扰的长期观测任务，这构成了一条值得评估的技术路径。
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