引 子
上两期真相中（做成像的你不能不了解的真相3--信噪比1和做成像的你不能不了解的真相3--信噪比2），我们说到在散粒噪声限制区域里（也就是其他噪声都可以忽略），信噪比等于光强度的平方根。其中的强度值是实际的物理量电子数，而不是灰度值。
那到底什么是电子数？灰度值与电子数有什么关系？今天我们要来讨论的真相是灰度值与电子数。
强度单位--- ADU
我们可以从相机最基本的工作流程（图1）来更好的了解图像上的强度值代表什么：
· 硅材料（或者其他材料）能够将接收到的光子转换成电子
· 电子通过模数转换器（ADC）按照一定的转换系数转换成数字信号，这个转换系数我们称之为增益（Gain），转换成的数字信号我们称之为模拟数字单位（ADU）
· 做图像处理的工程师们更常把ADU称之为灰度值（Gray Scale）
图1.科研相机工作流程
所以从以上的流程我们可以了解到，图像上的强度值并不是电子数，而是ADU。电子是实际的物理量，而ADU并不是。电子数是一定的，但ADU随着增益的变化而变化。
偏置与增益
只要知道了相机的增益，我们可以很容易的从以下公式换算出实际的电子数呢：
电子数 = 灰度值 X 增益（误）
错，这里面有一个地方需要注意，就是偏置(Offset)。简单的说，偏置指每个像素强度的初始值，也就是“相机的底”。通常来说，偏置是一个固定的值譬如100，是相机公司在制造相机的时候人为设置的。那么为什么要设置一个固定值呢？为什么不就是0就好了？反应快的读者应该已经想到了，因为噪声的存在。我们知道所有的噪声是误差，是上下波动的。如果相机的底是0，向下波动的噪声会产生负值，而相机中不能有负值，于是一部分数据被Cut掉了，影响了数据的真实性，设置一个初始值便能很好的解决这个问题。
了解到了偏置的存在，我们可以更新下正确的电子数的计算公式：
电子数 = （灰度值 – 偏置） X 增益
于是我们来做一道简单的计算题：
“假设图像中某个像素的灰度值(ADU)为400，已知该图像拍摄时使用的增益(Gain)为0.5 e-/ADU，相机的偏置offset经测为100 ADU，请问这个像素中收集到了多少个电子？”
很显然答案是150个电子(e-)。所以想要测量电子数，只要知道了相机的偏置和增益两个参数就可以了。增益一般会由相机公司在出厂报告里给出：
图2.出厂报告示例
你需要了解拍摄时选用的是哪一个增益，在出厂报告中找到相对应的正确的数字。那关于增益有一些小的知识，我们不详细展开讲，供大家简单了解下：
· 增益是厂家出厂已经设计好的，不同厂家可能有不同的增益值和可调节增益个数设置，一般在软件中可以选择相应的增益；
· 增益不会直接影响图片信噪比；
· 信号非常弱时，选取小增益（如上图0.63 e/ADU）可以提高对比度，增强图像层次感。信号非常强时，选取大增益（如上图2.65 e/ADU），可以提高成像的动态范围；
· 当使用的相机是电子倍增型CCD时（EMCCD）时，电子数计算的增益还需要考虑到电子倍增（EM Gain）
而偏置这个参数，一般不会直接给出，但是我们可以很容易的测量出来。在相机成像的过程中，不给任何信号、曝光时间设置为0时的图像均值就是偏置，相信读者小伙伴们可以很容易的Get到。
图3.相机的偏置测量
那么以上就是关于电子数的真相，希望对大家有所帮助。有任何疑问可以在公众号或者邮件中和我们联系。下期预告：“信噪比测量与分析-做成像的你不能不了解的真相5”，我们下期“真相”见~