适用于自适应光学的Andor SCMOS摄像机波前传感

Andor SCMOS摄像机代表了自适应光学波纹传感的理想选择，这是由于高度平行的像素读数过程，它导致了异常快速的帧速率能力，并在短次接触条件下与低读取噪声和高量量噪声相结合。在此技术说明中，我们考虑了来自Andor SCMOS范围的三个模型，这些模型显示出对波前传感的特殊适用性：Marana 4.2B-6（带有哄骗界面），Zyla 4.2 Plus（带有Cameralink界面），Balor 17F（带有哄骗），界面，界面，界面，辅助界面，，辅助界面。下表1中总结了每个模型的关键性能参数。

表1 - 比较波前传感的三个Andor SCMOS模型的关键成像参数。

在第1部分中，我们将考虑关注区域（ROI）能力的潜在帧速率性能。在第2部分中，我们将考虑模型之间的相对延迟，这是自适应光学用法使用的重要考虑因素，因为它决定了何时准备在软件中进行处理作为封闭环形可变形镜系统的一部分。

第1部分 - SCMOS帧速率

快速的帧速率性能对于波前传感是关键的，感兴趣的区域（ROI）子阵列通常被采用每秒延伸到数百帧。表2显示了三个Andor SCMOS摄像机型号在此处将其视为候选波前传感器的ROI阵列大小的帧速率。

表2的关键成像参数（可以使用选项）：

• 滚动快门曝光模式
• 重叠（100％占空比）模式
• 16位（完整动态范围）模式
• 投资回报率将集中定位
• 哄骗（CXP）接口[Marana和Balor]；Cameralink（CL）界面[Zyla]

阵列/ROI	Marana 4.2B-6	Zyla 4.2加	Balor 17f
4128 x 4104	N/A。	N/A。	54
2048 x 2048	74	100	108
1024 x 1024	148	202	205
512 x 512	295	406	431
128 x 128	1166	1627年	1684年

表2 - 三个Andor SCMOS摄像机型号的一系列ROI阵列尺寸的帧速率

请注意，在比较Marana和Zyla模型（每个模型为2048 x 2048阵列）时，虽然Zyla能够更快的帧速率，但Zyla并未反向释放，并通过在每个像素上使用微胶片来实现高QE。另一方面，马拉纳（Marana）是后刷的，最多可达到95％的量化宽松，而无需微漏。

此外，请注意，如果Zyla的投资回报率不在垂直方向上居中，则帧速率将降低（速度慢了2倍），而对于Marana和Balor模型，ROI可以将ROI放置在带有可忽略的帧速率的任何地方减少。

第2部分 - 比较延迟

将科学成像摄像机用作波前传感器的主要考虑因素是“延迟”。由于波前传感器是AO配置中闭环系统的一部分，因此必须在软件中快速提供图像以进行实时处理，因此它可以不断地告知可变形的镜像系统，如何重塑和变平。在前往主要科学探测器的途中。

这意味着，在比较电位波前传感的多个摄像机时，我们需要对与曝光，传感器读数和任何图像转移开销相关的相对时机有清晰的了解。

成像过程的时序流中的“延迟”的定义可能会有一些主观变化。为了在当前的比较研究中进行标准化，我们将考虑曝光开始与该曝光的完整图像/ROI之间的总端到端时间，可通过软件处理。我们还将假设曝光时间为10毫秒（产生100 fps）来标准化。但是请注意，这10 ms的曝光对应于所考虑的三个相机模型的不同ROI阵列大小和相应的视野。

下面的图1和2显示了将Marana 4.2B-6与Zyla 4.2 Plus进行比较的时机示意图。所考虑的SCMOS摄像机格式之间的关键延迟区别如下：

• Zyla必须首先读取整个ROI数组（10 ms）到摄像机FPGA，然后将图像组装在一起，然后在图像转移到cameralink接口之前，该接口本身需要进一步约10毫秒。由于这些过程是顺序而不是同时运行的，因此整个端到端过程近似于暴露（10 ms） +读数（10 ms） + Cameralink（10 ms）=的数据传输30 ms。请注意，必须首先将Zyla图像组装在FPGA上的原因是由于更复杂的传感器读数，该读数涉及同时读取阵列的两半，从中间行开始，然后向外移动到顶部和底部行。
• 马拉纳具有更直接的传感器读取体系结构，这意味着在将图像转移到主机PC之前，不需要在相机FPGA上组装图像。取而代之的是，一旦像素行被读数，它将由FPGA处理，并立即通过同伴（CXP）接口传输。这意味着图像传输与图像读数同时进行，而不是顺序地进行，从而克服了对延迟的重要贡献。Marana近似接触的整个端到端过程（10 ms） +同时读取/数据传输（10 ms）=20毫秒。
• 贝勒，尽管没有在显示的原理图中明确表示，但具有与Marana相似的单向传感器读取体系结构，尽管通过同时读取每组4行的差异，但Balor具有区别，可以提高速度效率。因此，如果定义了ROI阵列为Balor定义了10 ms的暴露（和相应的10毫秒读数），则BALOR的整个端到端过程也将大约接触到暴露（10 ms） +同时读取/数据传输（10 ms）=20毫秒。

因此，相对于Zyla平台固有的，Marana和Balor的潜伏期减小。但是，请记住，如第1节所示，Zyla 4.2加相对于Marana 4.2b-6的传感器框架速率更快。在为设置选择最合适的波前传感器时，应在确切的实验要求的背景下考虑这两个因素。

图1和2的关键成像参数（可用选项）：

• 曝光时间 /读数时间 - 10毫秒（如果适用的话，可以实现此目的）
• 滚动快门曝光模式

图1 - Zyla 4.2加：定时示意图，表示曝光，读数和图像传输（通过Cameralink界面）。

图2 - Marana 4.2B-6：时间示意图表示曝光，读数和同时图像传输（超过哄骗接口）。请注意，Balor非常相似。