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sCMOS科学相机在细胞生物、医学成像、天文物理、工业检测等领域发挥着重要作用，其中相机的触发功能，如同控制眼睛的精密开关，用于精准控制图像采集的时机和节奏，捕获高速、动态的科学瞬间。
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触发功能的核心是协调，通过触发输入、触发输出接口，协调外部设备如光学显微平台、运动平台、激光器等同步工作，实现精准拍摄。
触发预备知识
2.1 快门模式，科学相机的sCMOS芯片主要支持卷帘快门和全局重置两种模式。卷帘快门，即像卷帘一样从上至下扫描，逐行曝光，每一行曝光时间相同，主要用于高速动态的场景。全局重置，即所有行像素同时开始曝光，整幅图像读出时间由一行读出时间×采集行数，主要用于精密测量，规避运动伪影，低噪声模式下可使用。
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2.2 自由运行模式（Free running)，是指科学相机依据当前设定的曝光时间，以最快的帧率进行图像采集。科学相机以最快帧率运行的前提条件，一是相邻两帧中同一行的曝光时间不能发生重叠；二是任意两行的读出时间也不能重叠。
当曝光时间≥整幅读出时间和曝光时间，曝光时间＜整幅读出时间时，自由运行会呈现两种不同的时序（图4）。
图4
触发输入四种常见模式
图5 Revealer RPC软件触发输入截图
3.1 外部边沿触发，原理是通过外部信号的上升沿或下降沿触发拍摄（图6），用户可以灵活设置信号属性（上升沿或下降沿）以及信号延迟。曝光时间在此模式下由软件进行设定，触发信号间隔时间需保证大于“曝光时间+整幅读出时间”。此触发模式适用于高精度同步的场景，如激光脉冲触发成像。
图6 外部边沿触发示意图
3.2 外部电平触发，原理是由外部信号的高/低电平持续时间直接决定曝光时间（图7）。以高电平为例，当触发信号电平从低电平跃升至高电平时，相机开始采集。适用于需灵活控制曝光时长的场景，如荧光寿命成像。
图7 外部电平触发示意图
3.3 外部开始触发，原理是科学相机收到触发信号后，按照当前设定的曝光时间，以最大帧率自由运行直到停止（图8）。适用于某一时刻要开始连续观测的场景，如记录细胞分裂的动态过程。
图8 外部开始触发示意图
3.4 同步读出触发，原理是科学相机收到触发信号后，按照当前设定的曝光时间，以最大帧率自由运行直到停止（图9）。同步读出触发时要求连续两次触发间隔要大于整幅读出时间，适用于工业检测中科学相机与外部机械臂的同步控制。
图9 同步读出触发示意图
触发输出的信号
sCMOS科学相机通常会配备多路接口，让相机不仅可接受命令，还能主动发信号，协调其他设备工作，用户可以在软件中针对每个接口TriggerOut1, TriggerOut2, TriggerOut3进行个性化的参数设置。各个接口可选择的触发输出信号种类丰富多样，主要包括：
4.1 时刻信号
1）曝光开始时刻信号，标志图像第一行曝光开始的精确时刻。
2）第一行读出结束时刻信号，指示图像第一行读出操作结束的时刻。
3）读出结束时刻信号，表示图像最后一行读出完毕的时刻。
4.2 时间区间信号
1）触发等待时间区间信号，标识出可以接受外部触发信号的有效时间区间。
2）全局曝光时间区间信号，涵盖图像从第一行到最后一行都处于曝光状态的整个时间区间。
3）高电平/低电平，用户自定义，与图像采集时序并无直接关联。
4.3 不同快门模式下的触发输出时序特点
1）卷帘快门模式：
当曝光时间≥整幅读出时间，触发等待信号会在第一行读出结束后发生状态跳变（图10）。
图10
当曝光时间＜整幅读出时间，触发等待信号则会在外触发信号或内部同步信号的基础上，经过整幅读出时间的时长后才发生状态跳变（图11）。
图11
2）全局重置模式全局重置情况下，每行开始曝光的时间保持一致，结束曝光的时间不相同（图12）。触发输出信号的时序会呈现出独特的规律。
图12
触发模式的选择建议
1. 自由运行(Free running)模式：该模式适用于拍摄静止或准静止物体场景。
2. 外部边沿触发和外部电平触发：当光源或样本处于移动状态且相机无需进行采集时，此模式为理想选择。其常见应用场景包括滤光轮多通道成像、荧光共定位、宽场扫描成像以及光片显微镜等。
3. 同步读出触发：此模式适合用于连续性共聚焦成像场景。具体而言，可将相机曝光时间与转盘式共聚焦显微镜的转盘转动速度进行同步设置，从而有效避免因转盘转动速度差异所导致的光照不均匀问题。
4. 外部开始触发模式：该模式适用于需在某一特定时刻起连续观察光强等发生变化现象的实验场景。
5. 全局重置快门：当面对脉冲光源或激光的实验场景，通过全局重置快门或全局触发输出控制光源点亮时刻的方式，可以实现全局快门的效果。
结语
深入理解并灵活运用sCMOS科学相机的触发功能，可助力科研工作者更加精准高效地捕捉高速、动态或同步的场景，更好地发挥sCMOS科学相机在细胞生物、医学成像、天文物理、工业检测等领域的重要作用。
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