科学相机

Andor、Basler、Hamamatsu、FLIR 等 15 品牌科学相机与图像采集驱动。

概述

Quatm 为全球 15 个主流科学相机品牌提供统一的 ICamera 接口封装，覆盖 EMCCD、sCMOS、高速 CMOS 和工业相机。

Andor 系列：iXon EMCCD / Zyla sCMOS / Shamrock 光谱仪

概述

Quatm 提供两套 Andor 相机驱动，通过原生 SDK 实现高性能成像控制：

驱动类	SDK	适用型号	接口
`AndorSDK2Camera`	atmcd32d.dll (SDK2)	iXon EMCCD, Luca, Clara	PCIe / USB
`AndorSDK3Camera`	atcore.dll (SDK3)	Zyla, Neo, Marana (sCMOS)	USB3 / CameraLink
`ShamrockSpectrograph`	ShamrockCIF.dll	SR-303i, SR-500i 等光谱仪	USB

所有类继承自 io.camera 接口，支持 ROI、binning、曝光控制和帧缓冲管理。

Andor SDK2 (EMCCD) `AndorSDK2Camera`

⚙️ iXon EMCCD Andor SDK2 系列

通信	DLL (atm32cd32)
读出模式	EM/传统
ADC 频率	1/5/10 MHz
像素深度	16-bit
制冷	TEC（≤ -100°C）

适用于极低光信号场景（单原子/离子荧光），通过电子倍增（EM Gain）实现单光子级灵敏度。

驱动模块：AndorSDK2Camera

初始化

from quatm.drivers.andor.AndorSDK2 import AndorSDK2Camera

# 连接第一台相机
cam = AndorSDK2Camera(cam_id=0)

# 配置采集参数
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.1,       # 曝光时间 (s)
    em_gain=200,        # EM 增益 (0-1000)
    readout_rate="5MHz",# 读出速率
    pre_amp_gain=2,     # 前置放大增益
    hsspeed=0,          # 水平转移速率
    temperature=-70,    # 目标温度 (°C)
)

# 采集单帧
cam.start_acquisition(nframes=1)
image = cam.read_multiple_images(nframes=1)

关键参数

参数	说明	典型范围
`exposure`	单帧曝光时长	0.001 – 3600 s
`em_gain`	电子倍增增益	0 – 1000（线性或真实增益模式）
`readout_rate`	ADC 读出频率	1MHz / 5MHz / 10MHz
`temperature`	传感器目标温度	-60 至 -100°C（取决于冷却器）
`pre_amp_gain`	前置放大器增益	1× – 4×

Andor SDK3 (sCMOS) `AndorSDK3Camera`

⚙️ Zyla / Neo sCMOS Andor SDK3 系列

通信	DLL (atcore)
传感器	sCMOS
接口	USB3 / CameraLink
像素深度	12/16-bit
帧率	最高 100 fps（全分辨率）

适用于快速序列成像和需要大视场的场景。基于 GenAPI 属性模型配置曝光、ROI 和触发。

驱动模块：AndorSDK3Camera

初始化

from quatm.drivers.andor.AndorSDK3 import AndorSDK3Camera

cam = AndorSDK3Camera(cam_id=0)
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.05,
    pixel_format="Mono16",
    trigger_mode="Internal",
)

Andor Shamrock 光谱仪 `ShamrockSpectrograph`

控制光栅选择、中心波长和狭缝宽度：

from quatm.drivers.andor.Shamrock import ShamrockSpectrograph

spec = ShamrockSpectrograph(idx=0)
spec.set_wavelength(780.24)      # 中心波长 (nm)
spec.set_grating(2)              # 选择光栅
spec.set_slit_width(50, port=1)  # 入口狭缝 (µm)

设备配置

"emccd": {
    "type": "local",
    "module": "drivers.andor.AndorSDK2",
    "class": "AndorSDK2Camera",
    "arguments": {"cam_id": 0},
}

校准提示

EMCCD 增益需针对定量荧光测量进行校准。过高增益会引入时钟感应电荷（CIC）噪声和非线性。建议使用荧光珠或标准光源建立增益-信号关系曲线。

FLIR / Teledyne / Blackfly S / Grasshopper3

概述

Quatm 通过 TeledyneSpinnakerCamera 类封装 Spinnaker SDK，支持所有兼容 GenICam/GenAPI 的 FLIR/Teledyne USB3/GigE 相机。

⚙️ Blackfly S / Grasshopper3 FLIR Spinnaker 系列

通信	Spinnaker SDK
接口	USB3 / GigE
像素格式	Mono8/16, Bayer
触发	硬件/软件
帧率	取决于型号

用于实验室通用成像：MOT 监测、对准光束成像、设备状态监控。

驱动模块：TeledyneSpinnakerCamera

初始化

from quatm.drivers.teledyne.spinnaker import TeledyneSpinnakerCamera

# 列出所有可用相机
cam_list = TeledyneSpinnakerCamera.list_cameras()

# 连接指定相机（序列号或索引）
cam = TeledyneSpinnakerCamera(cam_id="serial_xxx")
# 或使用索引
cam = TeledyneSpinnakerCamera(cam_id=0)

# 配置并开始采集
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.02,          # 20 ms 曝光
    pixel_format="Mono8",
    width=1920, height=1200,
    offset_x=0, offset_y=0,
)

关键方法

方法	说明
`list_cameras()`	枚举系统中所有 Spinnaker 相机
`setup_acquisition(**kwargs)`	配置 ROI、曝光、像素格式等
`start_acquisition(nframes)`	开始采集指定帧数
`read_multiple_images(nframes)`	读取已采集图像
`get_device_info()`	获取相机序列号、型号、固件版本

常用属性操作

通过 GenAPI 节点名称直接读写相机参数：

# 设置增益
cam.set_attribute("Gain", 10.0)
# 启用自动曝光
cam.set_attribute("ExposureAuto", "Continuous")
# 获取传感器温度
temp = cam.get_attribute("DeviceTemperature")

设备配置

"monitor_cam": {
    "type": "local",
    "module": "drivers.teledyne.spinnaker",
    "class": "TeledyneSpinnakerCamera",
    "arguments": {"cam_id": 0},
}

多相机同步

Spinnaker SDK 支持多相机硬件触发同步。设置 TriggerMode = On 和 TriggerSource = Line0 即可通过外部 TTL 信号实现纳秒级同步曝光。

stop(): Stop capturing images.
quatm.drivers.blackfly.bfly.Camserver(name, serial)
```
class quatm.drivers.blackfly.bfly.Camserver(object):
    def __init__(self, name, serial):
        pass

    def generateImageIndex(self):
        pass

    def run(self):
        pass

    def sendimage(self, im):
        pass

    def updateBusInfo(self):
        pass
```
- generateImageIndex(): In the current measurement, count the images. If the next run has started (either task, repetition or run changes), reset the counter (imgindex).
- run(): Run loop running forever. Sends images from the camera to the imagestream and initiates reconfiguration of the camera in case properties have changed.
- sendimage(im): Send Blackfly camera image via the imagestream. The image is converted to numpy array, additional information like binning, timestamp, etc., is added to a dictionary and both are sent to the imagestream.
  - Args: im - Blackfly image object.
  - Returns: None
- updateBusInfo(): Detect cameras on the bus and update info in properties if new camera has been found.
quatm.drivers.blackfly.bfly.pc2
```
class quatm.drivers.blackfly.bfly.pc2(object):
    pass
```
- Dummy class in case driver is not installed.

Function:

quatm.drivers.blackfly.bfly.run(name)
```
def quatm.drivers.blackfly.bfly.run(name):
    pass
```
- Initialize a Camserver and run it.

Thorlabs TSI / uc480 科学相机

TLCamera `ThorlabsTLCamera`

⚙️ TSI 系列 Thorlabs 科学相机

通信	TLCamera SDK
接口	USB3
传感器	sCMOS / CCD
支持	ROI, binning

适用于 SDK 级控制的高帧率科学成像。

驱动模块：ThorlabsTLCamera

from quatm.drivers.thorlabs.TLCamera import ThorlabsTLCamera
cam = ThorlabsTLCamera(serial="12345678")
cam.setup_acquisition(exposure=0.01, width=1024, height=768)

概述

Quatm 为全球 15 个主流科学相机品牌提供统一的 io.camera 接口封装，覆盖 EMCCD、sCMOS、高速 CMOS 和工业相机。所有驱动通过原生 SDK 实现高性能采集。

Andor 系列：EMCCD / sCMOS / 光谱仪

概述

Quatm 提供两套 Andor 相机驱动，通过原生 SDK 实现高性能成像控制：

驱动类	SDK	适用型号	接口
`AndorSDK2Camera`	atmcd32d.dll (SDK2)	iXon EMCCD, Luca, Clara	PCIe / USB
`AndorSDK3Camera`	atcore.dll (SDK3)	Zyla, Neo, Marana (sCMOS)	USB3 / CameraLink
`ShamrockSpectrograph`	ShamrockCIF.dll	SR-303i, SR-500i 等光谱仪	USB

所有类继承自 io.camera 接口，支持 ROI、binning、曝光控制和帧缓冲管理。

Andor SDK2 (EMCCD) `AndorSDK2Camera`

⚙️ iXon EMCCD Andor SDK2 系列

通信	DLL (atm32cd32)
读出模式	EM/传统
ADC 频率	1/5/10 MHz
像素深度	16-bit
制冷	TEC（≤ -100°C）

适用于极低光信号场景（单原子/离子荧光），通过电子倍增（EM Gain）实现单光子级灵敏度。

驱动模块：AndorSDK2Camera

初始化

from quatm.drivers.andor.AndorSDK2 import AndorSDK2Camera

# 连接第一台相机
cam = AndorSDK2Camera(cam_id=0)

# 配置采集参数
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.1,       # 曝光时间 (s)
    em_gain=200,        # EM 增益 (0-1000)
    readout_rate="5MHz",# 读出速率
    pre_amp_gain=2,     # 前置放大增益
    hsspeed=0,          # 水平转移速率
    temperature=-70,    # 目标温度 (°C)
)

# 采集单帧
cam.start_acquisition(nframes=1)
image = cam.read_multiple_images(nframes=1)

关键参数

参数	说明	典型范围
`exposure`	单帧曝光时长	0.001 – 3600 s
`em_gain`	电子倍增增益	0 – 1000（线性或真实增益模式）
`readout_rate`	ADC 读出频率	1MHz / 5MHz / 10MHz
`temperature`	传感器目标温度	-60 至 -100°C（取决于冷却器）
`pre_amp_gain`	前置放大器增益	1× – 4×

Andor SDK3 (sCMOS) `AndorSDK3Camera`

⚙️ Zyla / Neo sCMOS Andor SDK3 系列

通信	DLL (atcore)
传感器	sCMOS
接口	USB3 / CameraLink
像素深度	12/16-bit
帧率	最高 100 fps（全分辨率）

适用于快速序列成像和需要大视场的场景。基于 GenAPI 属性模型配置曝光、ROI 和触发。

驱动模块：AndorSDK3Camera

初始化

from quatm.drivers.andor.AndorSDK3 import AndorSDK3Camera

cam = AndorSDK3Camera(cam_id=0)
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.05,
    pixel_format="Mono16",
    trigger_mode="Internal",
)

Andor Shamrock 光谱仪 `ShamrockSpectrograph`

控制光栅选择、中心波长和狭缝宽度：

from quatm.drivers.andor.Shamrock import ShamrockSpectrograph

spec = ShamrockSpectrograph(idx=0)
spec.set_wavelength(780.24)      # 中心波长 (nm)
spec.set_grating(2)              # 选择光栅
spec.set_slit_width(50, port=1)  # 入口狭缝 (µm)

设备配置

"emccd": {
    "type": "local",
    "module": "drivers.andor.AndorSDK2",
    "class": "AndorSDK2Camera",
    "arguments": {"cam_id": 0},
}

校准提示

EMCCD 增益需针对定量荧光测量进行校准。过高增益会引入时钟感应电荷（CIC）噪声和非线性。建议使用荧光珠或标准光源建立增益-信号关系曲线。

FLIR / Teledyne Spinnaker 系列

概述

Quatm 通过 TeledyneSpinnakerCamera 类封装 Spinnaker SDK，支持所有兼容 GenICam/GenAPI 的 FLIR/Teledyne USB3/GigE 相机。

⚙️ Blackfly S / Grasshopper3 FLIR Spinnaker 系列

通信	Spinnaker SDK
接口	USB3 / GigE
像素格式	Mono8/16, Bayer
触发	硬件/软件
帧率	取决于型号

用于实验室通用成像：MOT 监测、对准光束成像、设备状态监控。

驱动模块：TeledyneSpinnakerCamera

初始化

from quatm.drivers.teledyne.spinnaker import TeledyneSpinnakerCamera

# 列出所有可用相机
cam_list = TeledyneSpinnakerCamera.list_cameras()

# 连接指定相机（序列号或索引）
cam = TeledyneSpinnakerCamera(cam_id="serial_xxx")
# 或使用索引
cam = TeledyneSpinnakerCamera(cam_id=0)

# 配置并开始采集
cam.setup_acquisition(
    exposure=0.02,          # 20 ms 曝光
    pixel_format="Mono8",
    width=1920, height=1200,
    offset_x=0, offset_y=0,
)

关键方法

方法	说明
`list_cameras()`	枚举系统中所有 Spinnaker 相机
`setup_acquisition(**kwargs)`	配置 ROI、曝光、像素格式等
`start_acquisition(nframes)`	开始采集指定帧数
`read_multiple_images(nframes)`	读取已采集图像
`get_device_info()`	获取相机序列号、型号、固件版本

常用属性操作

通过 GenAPI 节点名称直接读写相机参数：

# 设置增益
cam.set_attribute("Gain", 10.0)
# 启用自动曝光
cam.set_attribute("ExposureAuto", "Continuous")
# 获取传感器温度
temp = cam.get_attribute("DeviceTemperature")

设备配置

"monitor_cam": {
    "type": "local",
    "module": "drivers.teledyne.spinnaker",
    "class": "TeledyneSpinnakerCamera",
    "arguments": {"cam_id": 0},
}

多相机同步

Spinnaker SDK 支持多相机硬件触发同步。设置 TriggerMode = On 和 TriggerSource = Line0 即可通过外部 TTL 信号实现纳秒级同步曝光。

stop(): Stop capturing images.
quatm.drivers.blackfly.bfly.Camserver(name, serial)
```
class quatm.drivers.blackfly.bfly.Camserver(object):
    def __init__(self, name, serial):
        pass

    def generateImageIndex(self):
        pass

    def run(self):
        pass

    def sendimage(self, im):
        pass

    def updateBusInfo(self):
        pass
```
- generateImageIndex(): In the current measurement, count the images. If the next run has started (either task, repetition or run changes), reset the counter (imgindex).
- run(): Run loop running forever. Sends images from the camera to the imagestream and initiates reconfiguration of the camera in case properties have changed.
- sendimage(im): Send Blackfly camera image via the imagestream. The image is converted to numpy array, additional information like binning, timestamp, etc., is added to a dictionary and both are sent to the imagestream.
  - Args: im - Blackfly image object.
  - Returns: None
- updateBusInfo(): Detect cameras on the bus and update info in properties if new camera has been found.
quatm.drivers.blackfly.bfly.pc2
```
class quatm.drivers.blackfly.bfly.pc2(object):
    pass
```
- Dummy class in case driver is not installed.

Function:

quatm.drivers.blackfly.bfly.run(name)
```
def quatm.drivers.blackfly.bfly.run(name):
    pass
```
- Initialize a Camserver and run it.

Thorlabs TSI / uc480

Thorlabs 科学相机

Quatm 支持多类 Thorlabs 设备，包含位移台、光学测量仪器与相机。

TLCamera 科学相机 `ThorlabsTLCamera`

⚙️ TSI 系列 Thorlabs 科学相机

通信	TLCamera SDK
接口	USB3
传感器	sCMOS / CCD
支持	ROI, binning

适用于需要 SDK 级别控制的高帧率科学成像。

驱动模块：ThorlabsTLCamera

from quatm.drivers.thorlabs.TLCamera import ThorlabsTLCamera
cam = ThorlabsTLCamera(serial="12345678")

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## Basler — Pylon SDK 系列


  
    
      ⚙️
      Basler ace / dart
      Pylon SDK 系列
    

    
    
      
        
        
        
        
          通信
          Pylon SDK (GenICam)
        
        
        
        
        
        
          接口
          USB3 / GigE
        
        
        
        
        
        
          传感器
          CMOS
        
        
        
        
        
        
          像素格式
          Mono8/16, Bayer
        
        
        
        
        
        
          功能
          ROI, Binning, 硬件触发
        
        
        
      
    
    

    工业级 CMOS 相机，适合 MOT 荧光监测、对准光束成像等常规实验室成像任务。

    
    驱动模块：BaslerPylonCamera
    
  



```python
from quatm.drivers.Basler.pylon import BaslerPylonCamera

# 枚举全部相机
cams = BaslerPylonCamera.list_cameras()
cam = BaslerPylonCamera(cam_id=cams[0])

cam.setup_acquisition(exposure=0.02)
cam.start_acquisition(nframes=1)

Hamamatsu ORCA 系列 sCMOS

⚙️ ORCA-Fusion / ORCA-Flash4.0 Hamamatsu DCAM

通信	DCAM SDK (DLL)
传感器	sCMOS
像素	2048×2048 (Fusion)
帧率	最高 100 fps
读出噪声	< 1.6 e⁻

超低噪声 sCMOS，适用于单原子/单离子荧光定量成像。

驱动模块：DCAMCamera

from quatm.drivers.DCAM.DCAM import DCAMCamera

cam = DCAMCamera(idx=0)
cam.setup_acquisition(exposure=0.1, pixel_format="Mono16")

Photometrics Prime / Evolve 系列

⚙️ Prime BSI / Evolve EMCCD Photometrics PVCAM

通信	PVCAM SDK (DLL)
传感器	背照式 sCMOS / EMCCD
接口	PCIe / USB3
像素深度	16-bit

背照式 sCMOS 提供高量子效率；EMCCD 型号支持单光子灵敏度。

驱动模块：PVCAMCamera

from quatm.drivers.Photometrics.pvcam import PVCAMCamera

cam = PVCAMCamera(cam_name="Prime_BSI_95B")
cam.setup_acquisition(exposure=0.05)

Princeton Instruments PIXIS / ProEM

⚙️ PIXIS / ProEM / IsoPlane Princeton PICam

通信	PICam SDK (DLL)
传感器	CCD / EMCCD
制冷	液氮 / TEC
接口	PCIe / USB

光谱学级 CCD/EMCCD，常与 Acton/IsoPlane 光谱仪配合使用。

驱动模块：PicamCamera

from quatm.drivers.PrincetonInstruments.picam import PicamCamera

cam = PicamCamera(cam_id=0)
cam.setup_acquisition(exposure=1.0)  # 长曝光光谱采集

PCO edge / dimax 高速相机

⚙️ edge / dimax / pco.panda PCO SC2

通信	SC2 SDK (DLL)
接口	CameraLink HS / USB3 / GigE
帧率	最高数千 fps
传感器	sCMOS / 高速 CMOS

适合快速动力学过程：MOT 装载动态、离子晶体重排实时观测。

驱动模块：PCOSC2Camera

from quatm.drivers.PCO.SC2 import PCOSC2Camera

cam = PCOSC2Camera(interface="USB 3.0")
cam.setup_acquisition(exposure=0.001)  # 1 ms 高速采集

Allied Vision Alvium / Mako

⚙️ Alvium / Mako / Bonito Allied Vision Vimba X

通信	VimbaX SDK (GenICam)
接口	USB3 / GigE / CameraLink
传感器	CMOS

紧凑型工业相机，适合空间受限的光路集成。

驱动模块：AlliedVisionVimbaXCamera

from quatm.drivers.AlliedVision.VimbaX import AlliedVisionVimbaXCamera

cam = AlliedVisionVimbaXCamera(cam_id=0)

IDS uEye+ / Ensenso

⚙️ uEye+ / Ensenso 3D IDS peak

通信	IDS peak SDK
接口	USB3 / GigE
传感器	CMOS

通用 USB/GigE 相机，包括 Ensenso 3D 立体相机。

驱动模块：GenericIDSPeakCamera

from quatm.drivers.IDS.peak import GenericIDSPeakCamera

cam = GenericIDSPeakCamera(cam_id=0)

通用配置范式

所有相机通过 device_db.py 以 type: "local" 注册：

"imaging_cam": {
    "type": "local",
    "module": "drivers.Basler.pylon",
    "class": "BaslerPylonCamera",
    "arguments": {"cam_id": 0},
}

帧采集卡

对于 Camera Link 接口的相机，Quatm 还内置 NI IMAQ、BitFlow 和 Silicon Software 帧采集卡驱动，用法与相机驱动一致——所有采集卡同样继承 io.camera 接口。

通信	Pylon SDK (GenICam)
接口	USB3 / GigE
传感器	CMOS
像素格式	Mono8/16, Bayer
功能	ROI, Binning, 硬件触发

科学相机

概述

Andor 系列：iXon EMCCD / Zyla sCMOS / Shamrock 光谱仪

概述

Andor SDK2 (EMCCD) AndorSDK2Camera

⚙️ iXon EMCCD Andor SDK2 系列

初始化

关键参数

Andor SDK3 (sCMOS) AndorSDK3Camera

⚙️ Zyla / Neo sCMOS Andor SDK3 系列

初始化

Andor Shamrock 光谱仪 ShamrockSpectrograph

设备配置

校准提示

FLIR / Teledyne / Blackfly S / Grasshopper3

概述

⚙️ Blackfly S / Grasshopper3 FLIR Spinnaker 系列

初始化

关键方法

常用属性操作

设备配置

多相机同步

Thorlabs TSI / uc480 科学相机

TLCamera ThorlabsTLCamera

⚙️ TSI 系列 Thorlabs 科学相机

概述

Andor 系列：EMCCD / sCMOS / 光谱仪

概述

Andor SDK2 (EMCCD) AndorSDK2Camera

⚙️ iXon EMCCD Andor SDK2 系列

初始化

关键参数

Andor SDK3 (sCMOS) AndorSDK3Camera

⚙️ Zyla / Neo sCMOS Andor SDK3 系列

初始化

Andor Shamrock 光谱仪 ShamrockSpectrograph

设备配置

校准提示

FLIR / Teledyne Spinnaker 系列

概述

⚙️ Blackfly S / Grasshopper3 FLIR Spinnaker 系列

初始化

关键方法

常用属性操作

设备配置

多相机同步

Thorlabs TSI / uc480

Thorlabs 科学相机

TLCamera 科学相机 ThorlabsTLCamera

⚙️ TSI 系列 Thorlabs 科学相机

⚙️ Basler ace / dart Pylon SDK 系列

Hamamatsu ORCA 系列 sCMOS

⚙️ ORCA-Fusion / ORCA-Flash4.0 Hamamatsu DCAM

Photometrics Prime / Evolve 系列

⚙️ Prime BSI / Evolve EMCCD Photometrics PVCAM

Princeton Instruments PIXIS / ProEM

⚙️ PIXIS / ProEM / IsoPlane Princeton PICam

PCO edge / dimax 高速相机

⚙️ edge / dimax / pco.panda PCO SC2

Allied Vision Alvium / Mako

⚙️ Alvium / Mako / Bonito Allied Vision Vimba X

IDS uEye+ / Ensenso

⚙️ uEye+ / Ensenso 3D IDS peak

通用配置范式

帧采集卡

Andor SDK2 (EMCCD) `AndorSDK2Camera`

Andor SDK3 (sCMOS) `AndorSDK3Camera`

Andor Shamrock 光谱仪 `ShamrockSpectrograph`

TLCamera `ThorlabsTLCamera`

Andor SDK2 (EMCCD) `AndorSDK2Camera`

Andor SDK3 (sCMOS) `AndorSDK3Camera`

Andor Shamrock 光谱仪 `ShamrockSpectrograph`

TLCamera 科学相机 `ThorlabsTLCamera`