从光到心灵:共聚焦显微镜中的传感器和测量技术

这种经典的技术利用了外光电效应，我们将首先简要地描述它。这样就很容易理解为什么不同的材料用于不同的目的。增益是通过产生二次电子而产生的，然后在几个阶段再次放大。扩增发生在所谓的dynodes处。最后，产生的许多电子必须被释放到外部世界。这个工作是由阳极完成的。

外光电效应描述了当光线照射到自由电子(最初是金属)表面时，自由电子产生的观察结果。第一个被观察到的光电效应是“贝克勒尔效应”，即当导电液体中的电极受到不同强度的光照射时，可以在电极上看到电势[1]．这种效应类似于半导体的效应，现在通常被称为“光伏效应”，这也是屋顶太阳能电池板业务蓬勃发展的原因。在这种技术中不产生自由电子，这就是为什么它被称为“内光电效应”。这种内光电效应对于第1章所述的雪崩光电二极管是很重要的。雪崩光电二极管”。

外光电效应由海因里希·赫兹观测和描述[2]，谁确定了一个促进影响紫外线光的产生他的火花间隙(“Tele-Funken”)。威廉雨林里[3]继续进行光致电的研究，这解释了为什么外光电效应一度被称为霍尔瓦克斯效应。被测量的现象被阿尔伯特·爱因斯坦理解和解释[4]．通过复兴牛顿的光的微粒理论[5]他能够解释所有不能从波动理论中推导出来的观察结果。

通过测量照射一个电极时释放的电子数量(即通过第二个电极可以检测到的电流)，我们发现这个数字取决于光的强度。这与波动理论是一致的:场强越大，释放电子的能量就越多。然而，观察这些电子的动能(“起始速度”)，我们注意到这个速度并不取决于强度，而仅仅取决于波长。此外，还有一个最大波长，超过这个波长就不会再有电子被释放。这个最大波长是阴极材料的特性。这与波动理论中的观点相矛盾，即如果我们只增加足够的能量——只要对弱强度增加一点时间——我们就可以激发接收器释放电子。

这种行为可以通过将光子理解为光的粒子来解释:在马克斯·普朗克已经在1900年引入了“作用量子”，以便能够描述温度和辐射能量之间的正确关系之后［6］爱因斯坦将这种量子化转化为光能本身。因此，光被分成大小为E=h*c/λ的能量包，其中h是普朗克常数。如果一个具有一定能量E的轻粒子撞击金属表面，这种能量可以被吸收，并可以从阴极材料的结构中释放出一个电子。然而，要做到这一点，光子必须至少具有与电子与物质结合的能量相同的能量。这就是上面提到的功函数W所描述的最小能量_一个。能量较低的轻粒子根本无法释放任何电子，无论每时间单位(强度)有多少电子撞击表面。由于c和h是物理常数，光子能量只与波长λ成反比。在一定波长λ以上_最小值光子的能量为E=c/λ_最小值，即小于功函数，测量仪器不显示任何电流。

波长较短的光子可以释放电子，我们发现它们的动能与波长E成线性关系_亲属= h*c/λ - W_一个，但与辐射强度(光子密度)无关。在更高的强度下，会产生更多的自由电子。

图2显示了锌的这种关系。从右图中可以看出，光必须至少“短”约280纳米，才能探测到光电效应。因此，锌阴极不适合可见光。所用材料的功函数必须尽可能小。从周期体系可以看出，碱金属特别适合，因为它们的外层电子与原子核心的结合很弱。因此，光电阴极的有效成分通常是碱金属或碱金属的混合物(如Cs、Rb、K、Na)。为了使可见光也能得到很好的效果，半导体晶体现在也常被用于光电正极材料(例如。GaAsP)。许多细节可以在Hamamatsu光电倍增管手册中找到[7]．这也适用于所有以下部分，特别是光电倍增管的性质。

选择传感器的一个关键参数是光电阴极的量子效率，即到达的光子和产生的光电子之间的关系。碱光电阴极在300纳米和600纳米之间表现良好，在光谱的蓝色范围内实现了近30%的效率。半导体变体可达到50%，可用于400 nm至700 nm之间(GaAsP)或900 nm (GaAs)。因此，半导体光电阴极越来越多地用于需要更长的波长的生命科学应用，因为光学散射是厚样品的一个主要问题，随着波长的四次方而减少。

由于应用的巨大多样性，因此有许多品种在光谱灵敏度、量子效率和时间分辨率方面存在差异。

在光电阴极中，每一个到达的有效光子都会释放一个电子。当然，这个光电子和单个光子一样难以测量。然而，与光子不同的是，电子非常容易操纵:电子的能量可以通过直流电压增加。如果自由电子在被放电之前通过一个电压U，它会在真空管中吸收作为动能加入电子的能量e*U。例如，对于1000伏特的电位差，电子接收到1000 eV(电子伏特)的动能。一个620nm的光子大约有2ev。可以看到，通过高电压加速光电子，有可能分配给“一个光子”信号的能量远远高于光子本身的贡献:这是一个信号增益。

在经典的PMT中，这种增益分布在几个阶段中。在光电阴极后面有一个电极，其正电压通常在50到100伏之间。释放的光电子被这个正电位所吸引，并在这个方向上加速，直到它最终击中电极。动能在这里转换为释放更多的电子(“二次电子”)-非常类似于光电阴极吸收光子后的过程。典型值在2-4个二次电子之间。

为了产生一个可测量的电荷，这个过程现在在级联中重复了几次，因此每个电极(这里称为dynode)有3个二次电子，例如，总共有3个^k电子被释放，其中k表示dynode的个数。通常，pmt有大约10个dynode，总计3个¹⁰= 60,000个电子- 10 fC的可测量电荷。

光电倍增管的总增益可以通过总高电压来控制，总高电压由分压器正态平均地分布在各dynodes之间。电压越高，增益越大。在每个dynode上释放的电子数是一个平均值，可以通过电压连续设置。这就是为什么这里会遇到像“2.7个释放电子”这样奇怪的值。

图4代表了2.7电子的频率分布，描述了电子到达dynode实际释放的电子数。大多数事件会产生1、2、3或4个电子，有时甚至更多。在“晚期”dynode，这些事件平均每次来自前dynode的电子阵雨到达，增益约为。每个脉冲得到2.7x。但是，不能在第一个dynode取平均值，因为只有一个电子到达那里。因此，图4中的分布是PMT末端脉冲高度分布的近似值，表明该值以4到5的因子波动。因此，不同光子的增益量差别很大。这是对综合测量方法中噪声的重大贡献(见下文)。在计算光子时，这些不同的脉冲高度也会导致辨别问题。

电子也很有可能没有击中目标(下一个电极)。根据发生这种情况的阶段，总电荷变得更不准确，效率降低。因此，人们经常使用术语“检测效率”来代替光电阴极的“量子效率”，它考虑了整个链上的损失。

在经过高压级放大后，电子最终到达阳极，在那里可以测量电荷。由于电子在电子管中的路径不同，它们不会同时到达。在这里，事件也是分布的，时间分布反映在理想电脉冲的宽度上。事实上，脉冲形状受测量设置的影响很大，测量的脉冲宽度是到达电荷分布与下游电子器件衰减特性的卷积。

为了表征脉冲形状，应用了全宽半极大值(FWHM)。对于pmt，这大约在5到25纳斯之间。当然，脉冲在阳极的有效时间长于全宽半最大值，在10%上升和90%下降之间的时间，我们可以假设大约是FWHM的两倍。然而，形状并不对称;上升时间比衰减时间快两到三倍。通俗地说，这可以比作狗洗澡后从外套上抖下来的水滴:起初水滴的数量迅速增加，然后逐渐减少——因为剩下的越来越少了。

光子到达阴极和输出脉冲峰值之间的时间是传输时间(TT)，根据管的设计，大约在15到70纳秒之间。它是信号在管内传播的时间。这个时间也随机分布在一个平均值附近，而且传输时间散布(TTS)是1-10 ns。这是荧光寿命应用的一个重要参数，因为它限制了测量精度。

即使根本没有光子击中阴极，事件仍将在阳极以一定的频率被测量。它们大多是由阴极发射的热电子触发的。来自dynode的热电子也会导致小的事件。这些事件被归类为“暗噪声”，并降低对比度，这对于弱信号来说是一个特别的问题，因为它们不再能够从背景中区分出来。当然，在PMT中，光电阴极和早期dynodes的噪声通过以下阶段被放大。这在单级系统中不是这样的。两级混合探测器(见“混合探测器)因此产生的乘法噪声要小得多。

到达阳极的电荷云产生电压脉冲。更准确地说，施加的高压正电位因到达的负电荷而以脉冲形式略微减弱。现在电荷是可以测量的，但仍然很小。因此，仔细的设计是必要的，以确保获得重要的测量结果。基本上，有三种不同的测量概念，如下所述。它们适用于所有传感器，包括“雪崩光电二极管”和“混合探测器”中描述的雪崩光电二极管和混合探测器。然而，这些方法并不是同样适用于所有传感器。

我们还想在这里讨论一下评估的主题，因为用户对传感器如何工作并不感兴趣，而是对这些信号对他们的测量和研究的意义感兴趣。

测量PMT信号的传统技术使用所谓的电荷放大器。在扫描显微镜中，光照光束不断地在样品上移动，每一行都必须分成所需的像素数。典型的结构图像记录大约需要一秒钟，每一行1000行，每一行1000像素。因此，记录一个像素的时间大约需要1微秒。在这一微秒内，来自PMT的所有电荷都聚集在一个电容器中，如图7所示。总时间的一小部分会损失在电荷放大器的重置上，因为下一个像素必须重新从零开始。结果是一个电压是成正比的总电荷从PMT接收。然后，该电压由模拟-数字转换器(ADC)。通常使用8位分辨率，即灰度值为0到255之间的整数。通过调整PMT上的高电压，可以确保测量的信号“适合”这8位，即整个动态范围被利用，而不会因过载而切断信号。

显然，这些灰度值并不表示绝对亮度值，而只是能够比较不同图像区域的相对亮度-或者在测量技术的相同设置下拍摄的图像的亮度。如上所述，每个到达的光子的信号高度变化很大。在测量一个图像元素的亮度的时间内，在测量时间内会有几个甚至很多光子到达。可能的值是单个光子的所有电荷组合，它们是准连续不同的。因此，累积测量的光子事件是完全模糊的，有一个连续的信号高度。然后数字化过程将其转换为256个单独的亮度，即灰度值。

当然，实验者通常对离散图像元素的亮度不感兴趣，而是对一个结构的强度感兴趣，比如整个细胞或组织成分。因此，他或她选择了一个感兴趣的区域(ROI)并调用它的亮度。根据图像分辨率的不同，图像分辨率大多在1000 x 1000像素左右，即100万像素，数百甚至数千个图像元素组合在一个数字中。然后，这个平均值可以与其他结构的值进行比较，或者作为活体材料实验中的时间变化来绘制，等等。例如，更精确地分析这一区域的亮度分布也是可能的。为此，将生成一个直方图，计算具有一定亮度的图像元素的数量。由于有256种不同的亮度，从0到255的数字可以在8位直方图的x轴上找到。由于数字化，这里没有中间值。所以严格来说直方图中不应该有连续的线。同样，在y轴上绘制的频率只是整数，这是合乎逻辑的，因为它们表示图像元素的数量。 A histogram of this type is shown in Figure 8. All sorts of details can be gleaned from this histogram; we are interested in three properties here.

如果亮度分布是这样的，曲线是对称的，平均亮度值是在直方图最大。但是，我们经常发现一定的不平衡，即平均值略偏向最大值的左边或右边。

对于极端的亮度波动，曲线变得非常“宽”。如果根本没有方差，就只有一个灰色值，“曲线”就会无限狭窄。因此，宽度是方差的一个指示。但这不仅是在每个测量时间到达图像元素的光子数量的分布影响这个方差，而且测量系统的噪声特性，特别是PMT，还有电子器件。只有当这些噪声部分足够小时，才有可能从均值与宽度之比中估计出贡献光子的数量。

由于零点是由电子器件的设置固定的，因此不可能从灰度值直方图中推导出PMT暗电流在背景亮度中的比例。

对于可用的图像，信噪比(SNR)约为3是必要的。这是当一个图像元素中有10个光子时的情况。对于100万像素的图像，线频率为1千赫，这是每秒1000万个光子。然而，作为一种规则，我们试图用更少的光来管理，因为高照明强度会破坏荧光色素，而产生的分数通常是对生物材料有毒的化学物质。因此，照明降低，直到在图像质量和样品稳定性之间达到良好的妥协。所以通常平均每个像素只有1 ~ 3个光子，甚至更少。极其微弱但仍可被评估的信号的平均值明显小于每像素一个光子。

如果我们只有10个光子，为什么我们会得到200多个不同的灰度值?难道15种不同的亮度还不够吗?如果每个光子在图像中产生相同的信号，情况确实如此。但是，正如我们上面所建立的，脉冲高度变化很大(强度是有噪声的)。如果在一个像素中，来自几个光子的脉冲被加起来，亮度值的可能数量再次相乘。这就是为什么有这么多的亮度级别。我们使用的电平越多(较低的灰度分辨率约为12或16位)，我们对脉冲变化产生的噪声的评级就越高。然而，这个结果并没有产生更好的信息。

直方图还提供进一步有用的信息。如果在记录过程中没有利用0到255的整个动态范围，而只使用0到25的下十分之一，则监视器图像非常暗，因为监视器只使用0到25的灰度值。我们只能通过“扩大”直方图来让图像更亮，这是当今所有数码相机自动提供的一种常见技术。这是通过将每个像素的亮度乘以所有像素的相同数字Z来实现的。在上面的例子中，我们将所有值乘以10来覆盖从0到255的范围。但是，由于最初只有25个x值，所以图像结果中只有25个x值。直方图上有间隙;在我们的例子中，所有绘制的灰色值之间缺少9个值。因此，这些图表看起来相当“凌乱”，但却是相当正确的。

虽然电荷放大器作为共聚焦显微镜上测量PMT信号的设备已经使用了很多年，但现在它已经被其他技术所取代(见下文)。电荷放大器传递的信号是在整个像素上相加的，所以结果取决于像素时间的长度。但是，如果扫描格式改变，例如，如果以相同的扫描速度每行只注册100个像素而不是1000个像素，则像素时间会发生变化。然后信号增大10倍，需要调整PMT上的高电压。改变扫描速度也有同样的效果。此外，由于电荷放大器的复位需要一定的时间，因此在每个像素上损失了一小部分测量时间。在高扫描速度和高分辨率下，像素极短，复位损失变得明显。这可以通过直接数字化来弥补。

现代数字化电路的速度足以将PMT信号直接转换为数字单位。这是通过通过适当尺寸的电阻放电PMT电荷，并以高时钟速率将产生的电压转换为灰色值来完成的。单个图像元素的数据在被记录时立即被平均，图像因此被赋予真正代表样本强度的灰度值，无论记录一个图像元素需要多长时间。PMT上的高电压不需要调整，特别是亮度可以直接比较。重置也不会浪费时间。

直方图看起来完全相同的直接数字化时，使用电荷放大器，基本上包含相同的信息。毕竟，平均方法基本上也会将测量数据相加，但会立即在正确的时间轴上缩放它们。扫描变焦也不会改变图像的亮度，除了亮度的真实变化，例如，由不同程度的荧光色素漂白引起的——但这是有价值的信息，而不是测量的伪影。在这里，漂白也可以立即量化。

这种技术的另一个优点是不需要花时间清空内存。这可以在极短的像素时间内获得更好的信噪比。

我们现在有了非常清晰和简单的直方图来描述强度。然而，有趣的是，世界远不是如此平稳和连续的。就像马克斯·普朗克[7]人们不由自主地发现，光并不是以持续强烈的形式存在的。这就是为什么我们用探测器测量单个事件，光子的到来，而不是连续的强度。这种明显的连续是计量模糊的结果:使用PMT的模拟测量的直方图显示模糊测量的合并。正如我们已经提到的，PMT中的光子会产生宽度不同的脉冲，脉冲的强度先上升，然后下降。通过对大量不同宽度和高度的脉冲进行积分或平均，可以得到一个明显连续的亮度直方图，其中可以出现任何强度值。更重要的是，这些强度值的数量取决于数据记录的任意“灰度深度”设置。然而，在现实中，情况远非如此。仔细考虑一下，像素中的亮度不能用有理数表示。它只能是一个整数，实际上它只能是在测量时间内到达探测器的光子的确切数量typo3 /¹．因此，与其对每个脉冲的电荷(即脉冲曲线下的面积)进行积分或平均，不如在不评估脉冲大小的情况下计算到达阳极的电荷脉冲。这将在很大程度上解决噪音问题。

¹事实上，光强也取决于光子的颜色，这也会稍微影响脉冲的高度。然而，这种能量差在整个范围内仅占约2 eV。与第一个电源节点约80V相比，这是可以忽略不计的。对于下面讨论的混合探测器(HyD)来说，这种变化甚至要小100倍。
这同样适用于光电子的初始速度，正如我们提到的，它可以从任何方向离开阴极。它们中的一些朝着预期的方向飞行，但另一些必须通过改变方向来加速，从而减少它们撞击dynode时的动能。这里的变化也只在±2ev的范围内。

这样的计数器是当今电子产品的标准。脉冲的高度或斜率用于激活触发器，该触发器每次使计数器增加1。在像素的末尾，计数器被重置为0(这几乎不需要时间)，计数器再次开始。然而，这种方法的局限性在图11中立即显现出来:脉冲自然必须是单独可见的。如果在第一个脉冲期间出现第二个脉冲，则只检测到一个脉冲，随后测量的亮度过低。脉冲是否分离取决于脉冲之间的间隔和脉冲宽度。对于光子计数方法来说，宽脉冲只允许微弱的亮度，否则脉冲之间的相互跟随太快，有重叠的风险。窄脉冲可以产生良好的计数结果，即使在较高的强度，即在较短的脉冲间隔。

典型的PMT输出可分离宽度约为20纳秒的脉冲。如果光子总是以相同的时间间隔出现，就可以实现高达每秒5000万(50 Mcps)的计数率。然而，当它们随机到达时，重叠的可能性就大得多，最高的计数率就降低了。通过最高计数率，我们的意思是，实际触发的光电子数和测量的脉冲数之间的关系在这个计数率以上不再是线性的。不可否认，这是一个随意的定义，取决于容错能力。如果只允许1%的偏差，线性在0.5 Mcps结束，在5 Mpcs结束10%。无论如何，在日常实践中，1%的准确度是不可能达到的，而10%则超出了容忍阈值。例如，可以将阈值设置为6%，以获得计数率略高于10 Mcps的有用测量。

如果我们暂时假设没有亮度波动(例如，通过照亮一个固定点，没有扫描运动)，光子平均均匀但随机地到达探测器。在这样的泊松过程中，光子之间的时间间隔可以用指数分布来描述。我们不需要在这里详细说明，只要用精确的数学术语来描述这样一个过程就足够了。在一定程度上，我们可以用它来计算由于脉冲叠加而导致的线性偏差。但是，如果误差是已知的，我们可以使用测量到的脉冲数来计算到达的脉冲的实际数量。这工作到大约5倍的脉冲率，错误变得明显而不校正。因此，这种修正被称为线性化。这是一种众所周知的、描述良好的扩大测量范围的方法[7]．

图12:通过校正统计概率对计数率进行线性化。注意对数x轴［6］．

而不是最初计算的脉冲(对应于光子)，这种线性化，就像扩大一样，在计算中产生分数和整数。这反过来会影响直方图，直方图自然只绘制灰度值等整数。在任何情况下，这些能量通道的宽度通常总是恒定的，并且总是可以将任何分数转换为整数，例如从0开始，然后简单地继续计数。因此，线性化会导致直方图中出现拍效应，因此单个能量值会远远超出直方图的包络线。虽然一开始令人恼火，但它是统计校正后的光子数的精确表示。

当然，与此同时，半导体技术也生产出了可用于测量强度的光敏元件。最容易与光电倍增管相比较的仪器是雪崩光电二极管(美国)。

用半导体测量光，使用内光电效应。这需要在非常弱掺杂的半导体材料中产生电荷对(自由电子和可扩散的“空穴”)，在吸收光子后。吸收层嵌入在p掺杂层和n掺杂层之间，因此具有在直接pn结处形成消耗区域扩大的效果。该层被称为“i”层，因为它只显示了固有的电导率。这些半导体系统被称为引脚二极管，由于其层的排列顺序。如果对这种光电二极管的电极施加反向偏置电压，电流将在一个大范围内流动，与入射光的强度成正比。然而，这种二极管对微弱信号的灵敏度不够，并且有太多的噪声。

为了能够测量甚至微弱的信号，在引脚排列中添加了额外的一层:在i层和n层之间插入另一个高度掺杂的p层。这里形成的极高场强导致电荷迅速加速，并在撞击网格元件时释放出能量，产生进一步的电荷(与PMT比较的原因)。这些电荷也会加速，导致整个过程像雪崩一样膨胀，并在测量电路中产生脉冲。如果电荷适中，雪崩会自行停止，并获得高达10的增益²可以达到。在极高的反向电压下，获得了巨大的增益(高达10⁸)，但必须主动中断电流，以避免损坏元件。后一种情况被称为“盖革模式”，因为它适用于检测单光子而无需额外放大。盖革模式的缺点是在测量事件后有很长的死期。因此，一般来说，这种模式不适合图像记录。

与光电倍增管不同，雪崩光电二极管只有一个很小的动态范围，所以人们总是必须确保被测量的光的强度不会太高。非盖革模式下的增益在100倍到1000倍之间，这取决于所施加的电压。另一方面，这种类型的传感器具有极轻微的暗电流，使其适用于微弱信号，如果暗电流过高，这些信号将在背景噪声中丢失。光谱灵敏度覆盖300纳米到超过1000纳米的广泛范围，这就解释了为什么，特别是红色荧光发射，apd也用于图像记录。尽管在红色范围内灵敏度极高，但热噪声仍然相对较小。这种噪声取决于传感器的表面积，即0.1毫米²最多为美国，而PMT传感器的表面面积可达10毫米^2.

apd产生非常窄的脉冲，这是光子计数的一个重要特性。不过，这只能在非盖革模式下使用，否则由于非常长的死期(几个10s ns)而失去优势。

如果能把PMT的高动力与PMT的速度和低噪音结合起来，那就太好了美国．这正是由真空管和半导体元件组成的嵌合体技术所实现的。其结果是一个混合探测器(HyD;也HPD:混合照片探测器或HPMT:混合照片倍增器管)。

该组件中两种技术的结合真正产生了一种结合PMT和an的最佳特性的传感器美国．

HyD的“输入”与PMT的“输入”相同:真空管中的光电阴极可以通过吸收光子来释放一个光电子。一般来说，GaAsP阴极使用-这些也是最适合的阴极pmt用于生物医学荧光应用。188bet怎么注册然而，与PMT不同的是，这个光电子通过超过8000伏特的电位差，在单步而不是分阶段被大量加速。

在这里，我们可以看到相对脉冲高度的差异比PMT要小得多，对于PMT，到第一个dynode的加速度电压约为100伏。如“光电倍增管，第一个dynode释放的电子数在2到4之间，期望方差为1到2个电子。这就是为什么那里的脉冲高度通常有3-5倍的变化。相比之下，在一个混合探测器光电子加速8千伏。从动能，大约。得到1500个二次电子。因此有40个电子(√1500)的变化。虽然这当然超过2-4个电子，但它只是1500的3%。因此，输出脉冲是极其均匀的，并能更准确地表示照明能量。

现在，高度加速的光电子并没有击中dynode (dynode无法应对如此高的能量)，而是击中了半导体。在这里，能量被转换成大量的电荷对(约。1500，如上所述)。施加的电压使该电荷沿倍增层的方向移动，如所述美国(雪崩效应)。在这里，信号再次被放大约100倍，从而成为一个可测量的脉冲。

由于单步加速和随后的直接放大，电荷轨迹上的方差要小得多，这意味着脉冲比PMT更尖锐:脉冲宽度减少了约20倍，约为1 ns(目前接近1 / 2 ns)。

此外，由于没有dynode和光电阴极的尺寸小得多，有更少的暗事件。与光电倍增管相比，背景噪声也大大降低。除了提高所记录图像的对比度之外，这还允许对更多数量的图像进行平均或累积。由于背景几乎是全黑的，当大量图像组合成一张图像时，背景仍然是黑色的，这使得在高对比度下显著降低信号噪声成为可能。

因此，混合探测器提供了无数的优势。它的均匀和窄脉冲允许光子计数与光电流，很快就会过度饱和的PMT。因此，在光子计数模式下使用混合探测器进行“普通”图像记录也是有意义的。毕竟，正如"光子计数，与模拟检测技术相比，光子计数具有很多优点。

因此，评估不会产生带有噪声和准连续直方图的“模糊”直方图，而是，正如预期的那样，只有几个光子的明确频率。图9实际上显示了这种类型的直方图。在顶部，您可以看到泊松分布的平均值为每像素10个光子。

利用混合探测器，徕卡TCSSP8系统提供三种不同的数据记录技术的自由选择。首先，光子计数的原始数据可以作为图像信息(“光子计数”模式)。由于这里不使用线性化方法，最大计数率低于线性化数据，但仍然显著高于传统光电倍增管。可获得约60 Mcps的速率(参见“光子计数为了一个解释)。

如果通过上述数学线性化方法对计数事件进行校正，则最大计数率提高了5倍，并且可以记录高达300 Mcps的亮度。在这里，光子可以转换为不一定是整数的值，因此立即执行缩放过程以使亮度与传统传感器相当并适合在显示器上平衡显示是一个好主意。该方法作为标准应用。请注意，由于加宽和舍入效果，直方图可能看起来“奇怪”。然而，在评估图像亮度时测量的数据仍然是正确的。

为了更好地感知所使用的总动态范围，还可以更改值以减少明亮像素的效果并增加黑暗像素的效果。这与HDR渲染的结果相对应。该模式被指定为“明亮R”，用于显示亮度差异较大的图像，以便在明亮的图像区域没有眩光，而黑暗的区域仍然可见。这方面的一个例子是细胞胞体中含有大量染料和极薄树突的神经元。

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