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高靈敏度相機是指成像器件能探測到光子數小于500個，對微弱光進行成像。高靈敏度相機可以分為進行單光子探測的ICCD，在10個光子數下有優勢的EMCCD，在高分辨率高速度且高靈敏下的SCMOS，為降低熱噪聲提高靈敏度的制冷型CCD
原理目標物體在相機的芯片上形成的每個信號都反映了投射在相機像素上的光線量。在光線較暗的情況下，該信號非常弱。高靈敏度相機內的電子元件可增強較弱的信號，使其能夠有效地數字化并傳輸。
EMCCD技術，有時也被稱作“片上增益”技術，是一種全新的微弱光信號增強探測技術。它與普通的科學級CCD探測器的主要區別在于其讀出寄存器后又接續有一串“增益寄存器”，它的電極結構不同于轉移寄存器，信號電荷在這里得到增益。
EMCCD也可采用背照式結構，把高達90%的效率與電荷倍增向結合，提高靈敏度，從而提供高幀速率情況下好的低照度響應。溫度對片上倍增增益的影響明顯。溫度越低，由依次電子產生的二次電子越多，則片上倍增增益越高。研究表明把探測器制冷到-30攝氏度或更低時，片上增益可以超過1000倍。EMCCD良好的性能取決于CCD溫度的選擇以及溫度隨環境波動的控制。
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