奧林巴斯顯微鏡在光學顯微鏡的數字成像

 在過去的幾年中，熒光顯微鏡的快速增長的領域已經從一個依賴于傳統的攝影用乳液型膜，一個電子圖像選擇的輸出。成像裝置是一種在奧林巴斯顯微鏡中最重要的組成部分，因為它決定在什么水平的標本的熒光可以檢測，相關結構分解，和/或一個過程的動態觀察和記錄。

范圍內的光檢測方法和各種各樣的成像設備目前的技術人員使選擇過程中的困難和經常混淆。這個討論的目的是幫助理解光的檢測的基礎知識和為特定的應用選擇合適的熒光顯微鏡檢測提供指導。圖1所示是一個落射熒光顯微鏡配備一個熱電制冷設計的圖像的標本在很寬的曝光范圍在24位顏色在低光照水平最先進的萬像素的數碼相機成像系統。這種類型的探測器以及其他的替代方案是在下面的段落綜述。

探測器的特性參數

電子成像傳感器的性能可以由數量的變量包括：光譜靈敏度，量子效率，空間分辨率，均勻性，信號/噪聲比，動態范圍，和響應速度。這些規格中詳細討論在我國部分復習在數字成像技術的概念但一個簡短的描述，包括在這里為方便起見。光譜靈敏度是指對探測器信號作為入射光的波長的函數。此參數通常是在量子效率來表示（量化寬松政策），測量探測器的生產能力從入射光子被檢測到的百分比電子電荷。限制空間分辨率一般從兩個高對比度對象之間的歧視，所需的最小分離測定，例如，黑色背景上的白色的點或線。對比度分辨率的一個重要因素，因為高對比度的對象（例如，黑色和白色的線）更容易解決比低對比度的對象（例如，相鄰的灰線）。

對電子探測器的空間分辨率更翔實的措施的調制傳遞函數（MTF）和對比度傳遞函數（CTF），都顯示了檢測器響應的大小作為空間頻率的函數。CTF是從一系列的黑色和白色的酒吧，逐漸狹窄，近探測器響應確定。每一條基本上是一個方波百分之100對比。MTF是一個表達式描述在一個正弦信號對比度的減少（60%對比度的正弦波）作為空間頻率的函數。一種電子檢測器的分辨率的限制，是最小的目標大小，檢測到上述的噪聲閾值，一個概念，通常被稱為極限分辨率的頻率，這是空間頻率的MTF下降值為百分之3，對應的可見檢測限。

電子探測器均勻性包含幾個變量：增益在傳感器上的變化，區域差異在噪聲和采樣效率（通常被稱為陰影），并在光的收集和傳輸效率的空間變化。電子探測器通常是由他們的信號/噪聲比（指定的S / N），一個衡量的變化的一個信號，表明信心的信號可估計的幅度。可見光具有固有的噪聲分量的光子通量的隨機性而產生的，它等于信號的平方根。噪聲也從各種其他來源如輸出放大器（讀出噪聲），和電子設備中常常可以降低操作溫度降低。在沒有光的電子設備所產生的噪聲稱為暗電流或暗噪聲這是熱的，敏感的，作為一個探測器的溫度增加。

intrascene動態范圍來自最大和最小強度，可在同一領域的同時檢測。插入鏡頭的動態范圍代表強度可容納時，檢測器的增益，積分時間，鏡頭光圈范圍，或其他變量調整不同領域的觀點。的動態范圍和信號/噪聲不應混淆。動態范圍是經常可以累計計算除以閱讀，信號相關的噪聲的最大信號。一種電子檢測器的響應速度是由它的滯后它表示，進行到下一個規定的時間間隔一點零一分以前的圖像的部分已經過去了。

光電子檢測

常用的光探測器缺乏空間分辨的兩個例子是光電倍增管和光電二極管（如圖2所示）。這兩款器件采用光敏面捕捉入射光子產生感測和放大電子收費。光電倍增管（光電倍增管）廣泛應用于激光共聚焦顯微鏡和高端相機自動曝光機構以及光譜儀。這些設備的響應時，光子撞擊光電陰極和解放電子被加速朝向由一系列弧形板電子倍增器，稱為光電倍增管。

光進入的PMT的輸入窗口罷工陰極，它利用入射光子的能量釋放與峰值量子效率，最近已提高到約百分之40電子（見圖3中的GaAsP曲線）。陰極有效面積可以從幾毫米到直徑半米的尺寸范圍內，這取決于應用程序。

從金屬通道極鏈輸出電流成正比的光子撞擊光電陰極和電壓下降沿電極通道數。光譜靈敏度取決于陰極化學成分；最好的設備往往采用砷化鎵和紫外線，可見光敏感的，和從300到850納米的波長范圍的紅外光（圖3）。光電倍增管光電陰極的均勻敏感和典型的光子分布在整個入射窗而不是集中到一個地區是不。由于光電倍增管不存儲電荷和響應在幾納秒的輸入光通量的變化，它們可以用于快速檢測事件記錄。這些設備通常產生較低的噪聲值（暗電流）產生了巨大的動態范圍內的電流輸出仍然準確地反映光子通量。大的增益，表現出由這些設備是不犧牲帶寬的情況下獲得的，其范圍可以從100到1500 MHz的科學級光電倍增管在一個非常高的信號/噪聲比。

三電子探測器量子效率說明作為一種照明波長的函數的在圖3中給出的光譜靈敏度曲線。兩曲線（圖3中的較低的曲線）與陰極組合物利用磷砷化鎵光電倍增管產生的（ga-as-p）或砷化鎵（砷化鎵）合金，而第三的曲線代表一個紫外透明窗口的硅光電二極管的響應。

硅光電二極管的同時所生成的電流的光響應迅速，但他們沒有伴隨電子倍增的PMT巨大的增益。在整個可見光譜的光電二極管有一個相對平坦的響應（圖3）的量子效率高，從80到百分之90的范圍內。該光敏表面的均勻性好、動態范圍和響應這些設備的速度是最高的光檢測器。然而，硅二極管產生大量的噪聲，（很熱）導致相對較差的信號-噪聲光子有限的條件下，如在熒光顯微鏡是常見的。光電二極管，將有限的增益已被開發（雪崩光電二極管，如圖2所示），被用在一些聚焦和寬場熒光顯微鏡。他們雖然已經高達300倍的增益，他們表現出顯著的暗噪聲甚至當冷卻到0°C.

面積探測器

這些設備通常分為兩類：管式和固態探測器。該光導攝像管攝像機（圖4）是一個管式探測器的光敏面“讀出”由掃描電子束。在攝像機的感光面店，而不是釋放電子的電荷在光電陰極。光子被光電傳感器改變其電阻在他們的網站的影響，以及當前的掃描束流更容易通過這些網站產生一個信號。因為光導攝像管傳感器已在很大程度上取代了現代固態探測器和感興趣，只是由于歷史的意義，他們將不會在任何進一步的細節考慮。

固態探測器組成的一個稠密矩陣將電荷存儲區的光電二極管。在基本概念的幾個變化是市售的包括流行的電荷耦合器件（CCD），電荷注入器件（CID），和互補金屬氧化物半導體（CMOS）檢測器。在這些探測器，硅二極管的光電傳感器（通常表示一個像素）被耦合到電荷存儲區，反過來，連接到一個放大器的讀出累積電荷量。在CID和CMOS探測器，每個傳感器具有與它相關聯的放大器和一排放大器的信號輸出并聯組合。雖然硅光電探測器的電荷存儲技術進行了多年前的CCD的發展，為系統的一個合適的機制讀取這種存儲電荷需要被設計在裝置成為現實。在一個CCD，通常在整個陣列的角落里只有一個放大器，和所存儲的電荷依次通過并行寄存器線性串行寄存器然后到鄰近的讀出放大器的輸出節點。

由于CCD是目前最廣泛使用的熒光顯微鏡檢測，我們將更詳細地考慮其性能。分別將，在適當的情況下，這兩個類的CCD相機之間：消費級和科學級。需要指出的是，盡管所有的電子探測器的模擬設備所產生的電流或電荷重要，與內部數字相機最近表示，數碼相機，因為他們沒有一個模擬信號輸出。

一些CCD相機用于科學應用在室溫下操作，而另一些冷卻以降低暗電流（20°C降低溫度降低了十倍的CCD暗電流）。因為電荷存儲威爾斯不充滿熱產生的暗噪聲在整合期間，長時間曝光是可能的。冷卻相機科學往往都是使用指定的慢掃描因為他們的幀速率是小于一個標準的攝像機。

視頻率攝像頭讀取存儲的電荷，輸出視頻領域每16.7毫秒符合推薦標準（表示RS-170或rs-330）在30幀每秒產生的每一幀由兩個交錯的領域（歐洲標準格式要求50個領域一場每秒每20毫秒）。視頻開發滯后于我們的視覺系統的圖像生成速度比臨界閃爍頻率，視頻刷新頻率的閃爍不再是人眼能感知的。每個視頻領域，包含在整個框架百分之50的信息，得到的序列與結果，有一個16.7毫秒的時間差連續奇數或偶數掃描線之間的完整的圖像。如果一個視頻率攝像頭輸出停止并允許光線落在一段延長的CCD，前兩個視頻領域產生包含所有的積分期間積累的信息。

交錯的兩個視頻領域產生一個完整的視頻幀是從電子信號的傳輸和接收組件在電視發展的時間可用帶寬的限制導致的工程問題的巧妙的解決方案。現在更高頻率放大器和相關的電子許可證生產，儲存，并在不需要隔行掃描線的高達1000幀/秒，隨后顯示率。這樣的逐行掃描攝像機產生一個連續的掃描，從頂部至底部的圖像。這并不意味著在底部的得到頂線；相反，設備第一集成光子通量在整個傳感器，然后迅速取代積累的電荷在電荷存儲和傳輸區域，防止進一步的照明。

兩個CCD設計常用來實現這種快速轉移：行間轉移CCD和幀轉移CCD，這是在圖5的示意性示出。行間轉移CCD采用電荷轉移通道（稱為“行間面具”圖5）立即相鄰的光電二極管，所積累的電荷可以被有效地轉移到通道圖像采集后已經完成。行間轉移CCD電子設備可以關閉通過改變電壓的二極管所產生的電荷注入到襯底上而不是轉移到轉移的渠道。這些器件還包括一個電子“流失”防止開花，通常配有微透鏡陣列增加的填充因子和量子效率的光電二極管。

幀轉移CCD傳感器，使用一個兩部分的平行陣列的一半作為存儲區和由光緊掩避光。入射的光子可以落在裸露的部分的陣列和積累的電荷，然后迅速轉移到隱蔽存儲區域的電荷轉移到串行輸出寄存器。當信號被集成在傳感器的感光部分，所存儲的電荷的讀出。這種體系結構的一個缺點是感光的掩蔽區域的CCD電荷轉移過程中的涂抹，但這往往可以補償。

CCD的光譜靈敏度不同于一個簡單的硅光電二極管檢測器由于CCD表面具有通道用于電荷轉移是由多晶硅柵電極屏蔽。這些結構的吸收波長較短，減少設備的藍色靈敏度。一個典型的光譜靈敏度曲線的消費者或者科學級CCD是如圖6所示（標準CCD）應該指出的是，百分之40的量子效率峰值明顯低于一個人在硅光電二極管。最近，信道的透明度已經在一些科學級CCD藍靈敏度大幅改善增加（藍加曲線圖6）。由于信道的損失是在背照CCD完全消除。在本設計中，光照射到的區域中已被蝕刻直到它是透明的CCD后（約10-15微米相應厚度）。由此產生的光譜靈敏度曲線，圖6所示（背照式CCD），說明了量子效率高，能與此配置實現。然而，結果在一個微妙的背面減薄，相對昂貴的傳感器，到目前為止，只有采用科學級CCD相機中的高端。

一種CCD的分辨率是一個光電二極管和他們的相對投影圖像的大小的數目的功能。現在1000×1000傳感器CCD陣列的科學級攝像機是家常便飯。在消費者和科學級CCD制造是傳感器的尺寸減小的趨勢，和相機，光電二極管小4×4微米的消費市場是目前可用的。一個CCD攝像頭像素與6.7-micron典型的MTF曲線如圖7所示。百分之60正弦波投射到傳感器表面的空間頻率上繪制的橫坐標，在坐標得到的調制率。極限分辨率通常被定義為百分之3的調制水平。

一個對象的足夠的分辨率，只能是在至少兩個樣品進行了為每個分辨單元實現（許多研究人員喜歡每分辨單元三樣品以確保有足夠的采樣）。在免疫熒光顯微鏡下，在波長為550納米的使用1.4數值孔徑透鏡衍射極限分辨阿貝單位是0.21微米。如果使用100倍的目的，對CCD面衍射受限點投影的大小是21微米。10.5個×10.5微米傳感器的大小只允許光學和電子分辨率相匹配，與7×7微米大小的首選傳感器。雖然在一個CCD提高空間分辨率小的傳感器，他們也限制了設備的動態范圍。表1提供了建議在熒光顯微鏡中常用的目標傳感器的像素尺寸。

一種CCD電荷存儲容量的各個二極管的大小比例，使得最大數量的電子存儲大約1000倍的橫截面積的每個光電二極管。因此，一個CCD 7×7微米的光電二極管，應該有一個最大的電荷存儲容量（全阱容量）49000的電子或空穴。一個孔的區域的硅的電子來構成檢測的光子同樣有效的和可用的測量。“電子”將主要用于在討論雖然很多CCD讀出的孔的數量，而不是電子的產生。由于CCD沒有固有增益，一個電子空穴對每個檢測到的光子的積累。一種CCD的動態范圍通常定義為滿阱容量除以相機噪聲。相機的噪聲是正交的總和，，黑暗的和讀出噪聲。最近在CCD設計上的改進已經大大減少到可以忽略的水平和降低暗電荷的讀出噪聲像素的約10電子。即使室溫相機可能有這樣一個低暗信號，它可以在10秒或更少的時間忽視整合。冷卻進一步降低暗信號，允許更長的整合期，長達數小時，無明顯的暗電荷積累。因此，一個49000電子全井產能的CCD 10電子讀出噪聲可以忽略不計的暗噪聲的動態范圍是4900左右，需要一個12位模數轉換，或4096級灰度分辨率，充分利用圖像傳感器的動態范圍。

一種CCD與49000個電子的滿阱容量已達到最大的信號/噪聲約220（49000的平方根）。當然，相機的噪聲會增加，正交，對光子統計噪聲和減少低于此值的最大信噪比。圖像中的均勻區域的信噪比任何一個簡單的估計可以由平均強度的感興趣區域劃分的區域的強度的標準偏差。

消費者經常使用的相機有一個長方形的格式CCD的縱橫比為4的：3。這意味著圖像的高度是3 / 4的寬度應與基于景觀的世界觀視頻標準。事實上，消費級產品設計的新一代HDTV采用16：9的縱橫比。科學成像，另一方面，最好是用平方圖像由方形像素作為他們更適合于數字圖像處理研究。

CCD傳感器的一致性非常好，具有小于百分之10的變異之間的增益光電二極管。然而，遮蔭可以引入圖像從CCD相機由于電荷轉移效率。CCD的操作要求每個包電荷潛在的光電二極管被傳送到讀出放大器。這種轉移是通過一系列的并行和串行移位，移位沿芯片向一個角落包含讀出放大器的電荷排。如果讀出放大器是一個1000×1000傳感器CCD的右上角，從最近的那個角落，將只有一次向上轉移到串行移位寄存器的光敏電荷（平移）和一次向右（串行移位）到達放大器。另一方面，從光電二極管的電荷在左下角，將向上移動1000次，1000次被讀出向右。如果轉換效率為每班百分之99.9，只有百分之13.5的左下的光電二極管的電荷積累在必需的2000位移保持。這個電荷損失會使左下角到右上暗得多，也因為從相鄰的光電二極管的電荷溢出會模糊或涂抹區域的圖像。這個概念是示意性地使用圖8中的藍色像素代表集成的電荷密度的說明。在左下角的CCD像素（最遠的像素的暗藍色）顯示慢慢失去顏色的強度的電荷轉移是第一并行串行移位寄存器，然后連續到輸出節點。接近節點的像素（右上的“最近”的像素）也在深藍色的說明和經歷只有兩步跳到輸出節點的累積的電荷轉移效率為百分之99.8，產量。

慢掃描CCD相機提高電荷轉移效率的冷卻CCD和減慢傳輸率。在視頻率CCD相機需要高速的電荷轉移需要不同的策略。這些相機，讀出放大器增益調整，以彌補失去的每一行進行采樣，額外的像素的圖像區域以外的費用。額外的增益所需的下行不可避免地增加在高度校正區域的傳感器的噪聲。

一些控制讀出速率以及大小的像素構成的傳感器慢掃描CCD相機允許的。視頻率CCD相機簡單、不允許這樣的控制。減緩讀出通常會降低閱讀相關聯的電荷放大器的噪聲，有利的情況時，光子通量很低，信號可以產生相對緩慢（在第二次或兩個而不是33毫秒）。科學級CCD相機通常提供兩個或兩個以上的讀出速率，速度可能會抵消噪聲。

在一個科學級CCD像素的大小可能會增加的分級，在這一過程中從一簇相鄰的光電二極管的電荷匯集和作為如果它來自一個更大的探測器。在分級，幾個移向串行寄存器和輸出節點的存儲區域發生之前讀出。裝箱的程度取決于有多少變化發生在存儲電荷讀取，與唯一的限制是對串行寄存器的電荷存儲容量（通常是一個單一的光電二極管的兩倍）或輸出節點（通常是三倍，光電二極管）。寄存器的串行輸出節點的最大電荷存儲容量是不是在大多數熒光顯微鏡的應用關注因為裝箱時，光的水平很低，很少檢測到的光子。裝箱使研究者貿易空間分辨率的靈敏度。

有各種各樣的科學CCD的市場上，具有廣泛的陣列和單個像素的尺寸。幾種最受歡迎的CCD數字成像相機用顯微鏡發現列于表2。目前，最流行的是索尼icx205ak行間轉移CCD逐行掃描芯片支持高幀讀出速率為30幀/秒。本CCD有1360×1024有源像素陣列使用4.65×4.65平方微米的像素產生一個8-millimeter圖像大小。該芯片還具有靈敏度高，低電流，低涂片，優良的抗暈特征，和一個連續變速快門。

慢掃描CCD相機也允許感興趣的讀出區域。這意味著一個選定的部分的圖像可以顯示和累積電荷的剩余丟棄。幀速率一般在檢測區域的大小減小而增大。例如，一個CCD與1000×1000傳感器的大小和十幀/秒的輸出速率可以讀出區域減少到100×100二極管產生100幀/秒。交易的視場和幀速率，調查員可以調整到一個更廣泛的范圍內的實驗條件下比將有可能與一個固定的幀速率的視頻攝像機。

熒光弱光成像級別

由于在氧的存在下的光破壞的熒光染料的問題（“漂白”）和對熒光染料，可以涉及一個單一的區域數的限制，各種敏感的電子探測器用熒光顯微鏡。只有約5%至10%的發射的光從激發熒光的收集和轉移到在一個典型的落射熒光顯微鏡傳感器。有捕捉多這有限的光通量盡可能的兩種方法：通過慢掃描CCD積分，如前所述，或圖像增強和捕獲的視頻速率或逐行掃描CCD相機。總的結論是，慢掃描CCD相機的冷卻，會產生更高的信噪比增強型CCD，提供了足夠的積分時間是可用的。

圖像增強器（通過11看在圖9的例子）被開發用于增強夜視軍事用途。他們有一個輸入光電陰極跟隨一個微通道板電子倍增器和磷光輸出屏幕。在這些設備的新一代光電陰極，而類似于光電倍增管，具有更高的量子效率（百分之50）在光譜的藍端。的微通道板的增益是可調的超過約80000的典型的最大范圍寬（檢測到的光子在輸入導線從熒光屏的脈沖80000光子）。熒光體與眼睛的光譜靈敏度和往往是不理想的一個CCD。的增強型CCD分辨率取決于像增強器和CCD，但通常是由增強器微通道板幾何有限的單獨的CCD百分之75。圖像增強器的最新一代（表示藍加三代或第四代；圖9）采用較小的微通道（6微米直徑）和更好的包裝幾何比以前的模型的分辨率和鐵絲網固定模式噪聲消除困擾早期的設備得到大幅提高。

圖像增強器相比慢掃描CCD相機很難獲得超過256倍的強度范圍內有一個減少的intrascene動態范圍（8位）從一個CCD相機增強。像增強器增益可以迅速地改變以適應場景中的亮度變化，從而增加插入鏡頭的動態范圍。事實上，由于圖像增強器可快速門控（關閉或在幾納秒），相對明亮的對象可以被可視化通過減少在“開”的時間。一個門控加劇CCD相機，可變增益是市售的12個數量級的動態范圍。門控加劇CCD相機，是最需要的時間分辨熒光顯微鏡的應用由于探測器必須打開納秒或獲得快速調制同步光源下。

從光電陰極的熱噪聲以及從微通道板電子倍增噪聲降低的信號-噪聲加劇CCD相機在低于慢掃描CCD。這些組件的光子通量的統計性質產生的噪聲的貢獻取決于該裝置和陰極溫度的增益。一般來說，減少對強化階段的增益來限制噪聲雖然加劇CCD相機可帶一個冷陰極。

加劇CCD相機有一個非常快的響應時間由輸出磷光體的CCD相機定常讀出來的公司是在圖像采集中最慢的一步。由于低光通量的熒光染料結合或活細胞內的CCD相機所產生的強化，經常被用來研究動態事件和離子敏感的熒光比例成像。同時或幾乎同時采集在不同的激發或發射波長的兩個圖像是比所需的CCD相機成像和強化有必要的速度和靈敏度。

一種混合的圖像增強器和CCD相機是最近推出的，電子轟擊CCD（EBCCD；圖10）。在該裝置中，光子的光陰極類似于在一個圖像增強器檢測。釋放的電子被加速的差距和一個CCD的背面側的影響。這些高能電子產生多電荷導致在一個適度的增益幾百的CCD。該裝置在一個冷卻的優點，慢掃描CCD是額外的增益和相應的速度；主要缺點是光電陰極的量子效率的降低和減少動態范圍。增強型CCD相比，電子轟擊CCD通常具有較高的空間分辨率和更好的信噪比在中等光照水平，但有限的增益調節范圍和適度的低光水平的檢測能力，使電子轟擊CCD的固態相當過時的坐（硅增強目標；圖11）相機。

電子與視覺檢測

人眼如何與電子探測器相比呢？圖6說明了眼睛的光譜靈敏度曲線，對應于明視覺和暗視覺，從視錐細胞和視桿細胞產生（圖12），分別為。峰值靈敏度是在綠色（555納米的光與暗在507納米）有明視覺和暗百分之10百分之3的最大量子效率。我們的空間分辨率是不均勻的，不均勻分布的錐。最高密度發生在黃斑中心凹視錐細胞之間的距離大約是1.5微米，給我們一個5到6微米的空間分辨率的視網膜上的限制。在單色（黑色和白色）恒定光照條件下，視覺的intrascene動態范圍只有約50倍（6位）。我們的視覺色素視紫紅質，很小，熱噪聲，和最小可檢測信號的暗適應后約100至150的光子在光瞳或約10至15的光子在視網膜。在視覺檢測限眼睛/噪聲信號大約是3：1。滯后約20毫秒在高光的水平，約100毫秒在昏暗的照明。

很明顯，與我們的眼睛，一個科學級CCD相機具有廣闊的光譜靈敏度，更高的量子效率，更大的整合能力，更均勻，更好的intrascene動態范圍（更多的“位”），類似的或更高的信號/噪聲，但較低的空間分辨率。當與我們的視覺系統，微光攝像機有更寬的光譜范圍，減少滯后和更大的靈敏度和分辨率的光子有限的條件下。

選擇合適的相機

沒有一個單一的探測器將在熒光顯微鏡和調查所有的要求往往是被迫妥協。此外，選擇是困難因為慢掃描相機的速度越來越快、視頻攝像機通常冷卻率。

當時間是關鍵參數，增強的相機往往是唯一的選擇。如果被調查事件是快速但可精確觸發，慢掃描CCD在突發或高速模式操作可能是合適的。然而，當事件是不容易預測和試樣必須連續監測在低入射光通量的加大，CCD探測器的選擇。因為這個原因，單分子熒光的研究通常采用CCD相機增強。

當時間是可用于圖像融合，慢掃描CCD相機通常會在各方面優于增強相機，在很大程度上是由于其高量子效率和更低的噪音。冷卻總是提高相機性能雖然差異可能不可忽視的積分時間在幾秒或更短和數字化水平為10到12位或更少。對于涉及數字反卷積的應用，選擇的檢測器是一個冷卻，科學級，慢掃描能夠產生高分辨率的相機，14位到16位的圖像。然而，一些最新的CCD有這么小的像素融合的時期必須限制以避免威爾斯飽和，因此，動態范圍和峰值信噪比可能沒有比那些一個加劇CCD。

兩種類型的彩色CCD攝像機用于科學應用：一個單一的CCD具有波長選擇濾波器或一三傳感器（三芯片）相機。使用過濾器來產生紅，視場的綠色和藍色的版本。單傳感器的相機利用貼壁濾波器，濾波器輪或液晶可調諧濾波器獲得的紅色，綠色，和藍色圖片。當一個可調諧濾波器或濾波器采用三輪，必須獲得序列圖像。三傳感器的相機有一個分束棱鏡和裝飾的過濾器，使每個傳感器圖像的適當的顏色，同時獲得所有三個圖像。總是，彩色攝像機是比他們的同行不敏感的單色由于附加束波長選擇元件。在一些應用中，特別是免疫熒光，靈敏度的損失是由能夠捕獲多波長同時偏移。此外，一些彩色攝像機采用壓電控制易位的機制來抵消CCD稍達到較高的分辨率，從而提高采樣頻率。

最近在CMOS相機的性能改進，預示著一個潛在的未來的重要作用，這些設備在熒光顯微鏡。CMOS相機有一個放大器和數字化與集成相關格式的每個光電二極管。與每個像素有助于減少噪音和失真水平個體的放大器，但他們也引起一個神器被稱為“固定模式噪聲”來自開關和采樣個別像素放大器的文物。這表現在重現模式的“斑點”的CMOS有源像素傳感器設備產生的圖像的行為。大量的研究工作已投入這一問題的解決，以及噪聲的殘留水平已經大大降低了CMOS傳感器。其結果是一個廉價的，緊湊的，靈活的檢測器結合硅檢測美德沒有電荷轉移的問題。CMOS傳感器允許單個光電二極管的增益控制，感興趣的讀出區域，高速采樣，電子快門和曝光控制。他們有非凡的動態范圍以及計算機接口的一個理想的格式。它是可能的，他們將取代在不久的將來科學應用CCD相機。