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sCMOS科學相機在細胞生物、醫學成像、天文物理、工業檢測等領域發揮著重要作用，其中相機的觸發功能，如同控制眼睛的精密開關，用于精準控制圖像采集的時機和節奏，捕獲高速、動態的科學瞬間。
圖1
觸發功能的核心是協調，通過觸發輸入、觸發輸出接口，協調外部設備如光學顯微平臺、運動平臺、激光器等同步工作，實現精準拍攝。
觸發預備知識
2.1 快門模式，科學相機的sCMOS芯片主要支持卷簾快門和全局重置兩種模式。卷簾快門，即像卷簾一樣從上至下掃描，逐行曝光，每一行曝光時間相同，主要用于高速動態的場景。全局重置，即所有行像素同時開始曝光，整幅圖像讀出時間由一行讀出時間×采集行數，主要用于精密測量，規避運動偽影，低噪聲模式下可使用。
圖2
圖3
2.2 自由運行模式（Free running)，是指科學相機依據當前設定的曝光時間，以最快的幀率進行圖像采集。科學相機以最快幀率運行的前提條件，一是相鄰兩幀中同一行的曝光時間不能發生重疊；二是任意兩行的讀出時間也不能重疊。
當曝光時間≥整幅讀出時間和曝光時間，曝光時間＜整幅讀出時間時，自由運行會呈現兩種不同的時序（圖4）。
圖4
觸發輸入四種常見模式
圖5 Revealer RPC軟件觸發輸入截圖
3.1 外部邊沿觸發，原理是通過外部信號的上升沿或下降沿觸發拍攝（圖6），用戶可以靈活設置信號屬性（上升沿或下降沿）以及信號延遲。曝光時間在此模式下由軟件進行設定，觸發信號間隔時間需保證大于“曝光時間+整幅讀出時間”。此觸發模式適用于高精度同步的場景，如激光脈沖觸發成像。
圖6 外部邊沿觸發示意圖
3.2 外部電平觸發，原理是由外部信號的高/低電平持續時間直接決定曝光時間（圖7）。以高電平為例，當觸發信號電平從低電平躍升至高電平時，相機開始采集。適用于需靈活控制曝光時長的場景，如熒光壽命成像。
圖7 外部電平觸發示意圖
3.3 外部開始觸發，原理是科學相機收到觸發信號后，按照當前設定的曝光時間，以最大幀率自由運行直到停止（圖8）。適用于某一時刻要開始連續觀測的場景，如記錄細胞分裂的動態過程。
圖8 外部開始觸發示意圖
3.4 同步讀出觸發，原理是科學相機收到觸發信號后，按照當前設定的曝光時間，以最大幀率自由運行直到停止（圖9）。同步讀出觸發時要求連續兩次觸發間隔要大于整幅讀出時間，適用于工業檢測中科學相機與外部機械臂的同步控制。
圖9 同步讀出觸發示意圖
觸發輸出的信號
sCMOS科學相機通常會配備多路接口，讓相機不僅可接受命令，還能主動發信號，協調其他設備工作，用戶可以在軟件中針對每個接口TriggerOut1, TriggerOut2, TriggerOut3進行個性化的參數設置。各個接口可選擇的觸發輸出信號種類豐富多樣，主要包括：
4.1 時刻信號
1）曝光開始時刻信號，標志圖像第一行曝光開始的精確時刻。
2）第一行讀出結束時刻信號，指示圖像第一行讀出操作結束的時刻。
3）讀出結束時刻信號，表示圖像最后一行讀出完畢的時刻。
4.2 時間區間信號
1）觸發等待時間區間信號，標識出可以接受外部觸發信號的有效時間區間。
2）全局曝光時間區間信號，涵蓋圖像從第一行到最后一行都處于曝光狀態的整個時間區間。
3）高電平/低電平，用戶自定義，與圖像采集時序并無直接關聯。
4.3 不同快門模式下的觸發輸出時序特點
1）卷簾快門模式：
當曝光時間≥整幅讀出時間，觸發等待信號會在第一行讀出結束后發生狀態跳變（圖10）。
圖10
當曝光時間＜整幅讀出時間，觸發等待信號則會在外觸發信號或內部同步信號的基礎上，經過整幅讀出時間的時長后才發生狀態跳變（圖11）。
圖11
2）全局重置模式全局重置情況下，每行開始曝光的時間保持一致，結束曝光的時間不相同（圖12）。觸發輸出信號的時序會呈現出獨特的規律。
圖12
觸發模式的選擇建議
1. 自由運行(Free running)模式：該模式適用于拍攝靜止或準靜止物體場景。
2. 外部邊沿觸發和外部電平觸發：當光源或樣本處于移動狀態且相機無需進行采集時，此模式為理想選擇。其常見應用場景包括濾光輪多通道成像、熒光共定位、寬場掃描成像以及光片顯微鏡等。
3. 同步讀出觸發：此模式適合用于連續性共聚焦成像場景。具體而言，可將相機曝光時間與轉盤式共聚焦顯微鏡的轉盤轉動速度進行同步設置，從而有效避免因轉盤轉動速度差異所導致的光照不均勻問題。
4. 外部開始觸發模式：該模式適用于需在某一特定時刻起連續觀察光強等發生變化現象的實驗場景。
5. 全局重置快門：當面對脈沖光源或激光的實驗場景，通過全局重置快門或全局觸發輸出控制光源點亮時刻的方式，可以實現全局快門的效果。
結語
深入理解并靈活運用sCMOS科學相機的觸發功能，可助力科研工作者更加精準高效地捕捉高速、動態或同步的場景，更好地發揮sCMOS科學相機在細胞生物、醫學成像、天文物理、工業檢測等領域的重要作用。
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