国产天文相机的进阶之路：正在补齐哪些关键能力？

相较于欧美企业较早完成高端天文探测器的技术积累，中国企业在科学级成像器件产业化方面起步相对较晚。EMCCD等高端核心器件长期以来主要依赖海外厂商供应，不仅影响科研装备的自主建设能力，也制约了国产天文观测系统的持续发展。

鑫图天文相机的国产化征程

在这一背景下，以鑫图光电为代表的国产科学相机企业，历经10年核心技术攻关，系统性地构建了四层关键能力，为大口径天文望远镜、自适应光学、高时间分辨率观测等应用提供更多自主可控的技术选择。

1.高灵敏度弱光探测能力，解决“看得见”的问题

21世纪初，EMCCD逐步进入国际天文科研体系，在暗弱天体探测、光变监测及高时域分辨率成像等领域催生了一系列重要科学成果。但在这一时期，国内却在核心器件获取、系统适配等环节上，面临诸多限制。

2016年，鑫图推出中国首款背照式sCMOS科学相机Dhyana 95：凭借95%量子效率和1.6e⁻读出噪声，在多数弱光成像场景下具备了接近EMCCD的探测能力，打破了国产高端科学相机长期缺位的局面，为后续国产替代奠定了基础。

图1 鑫图Dhyana 95（第一代机型）空间碎片探测应用

如图1所示，第一代 Dhyana 95 相机部署于小型天文望远镜系统中，应用于近地空间碎片探测，验证了其在实际天文观测中的应用能力。

核心能力解读：Dhyana 95相机的高灵敏弱光探测能力，解决了在天文观测中“看得见”的基本门槛，让国产天文相机首次具备了与国际主流产品同台竞争的机会。

2. 超大面阵工程化能力，解决“看得全且看得稳”的问题

天文观测对成像设备的要求远不止于“高灵敏度”，更依赖于三大系统级能力：

① 光学系统协同能力：超大面阵探测器需要与望远镜焦平面、像场平坦度以及点扩散函数（PSF）的空间分布相匹配；

② 野外部署可靠性：相机需要具备长期连续稳定运行能力，并适应高海拔、大温差、高湿及盐雾等复杂环境。

③ 多设备时序同步能力：支撑多望远镜阵列的协同曝光及统一时间基准下的精准触发。

2020年，鑫图依托在背照式sCMOS领域的技术积累，承担国家级天文台超大面阵相机研制任务，推出了适配大口径专业天文台的Dhyana 4040/6060系列相机。

图2 鑫图 Dhyana 4040/6060 视场优势对比：大面阵可显著降低大视场巡天的拼接需求，提升观测效率。

该系列相机成功攻克了像面平整度、暗信号非均匀性（DSNU）和光响应非均匀性（PRNU）的一致性控制、长时工作稳定性、多机同步触发等工程化难题，顺利交付应用。

核心能力解读：Dhyana 4040/6060系列超大面阵天文相机的工程化落地，同时解决了大视场巡天“看得全”与野外环境“看得稳”的核心工程难题，实现了国产天文相机从样机到台址的系统部署能力进阶。

3. 深度制冷长曝光能力, 解决“看得深”的问题

深空天体距离极为遥远，信号极其微弱，典型观测往往需要数分钟乃至数十分钟的曝光时长。这要求相机在长达数十分钟的积分时间内，暗电流噪声必须低于天空背景噪声或目标光子噪声。

2026年，鑫图基于超大面阵天文相机的工程化技术积累，推出了新一代Aries 1517超大面阵天文相机，在保持87mm超大靶面的基础上，实现了真空腔深度制冷封装的突破，同时大幅提升了长时间曝光能力。

图3 鑫图Aries 1517 vs Dhyana 6060 核心性能参数对比

如图3所示，Aries 1517在-40℃芯片标准制冷温度下，暗电流低至0.023 e-/pixel/s，较上一代技术降低了近85%。

核心能力解读：Aries 1517 进一步解决了超大面阵天文相机在极暗弱深空天体观测中“看得深”的核心瓶颈，为大视场深空巡天建立起新一代长曝光技术路径。

4. 单光子级高速探测能力，解决“看得快且看得精”的问题

系外行星凌星观测、幸运成像技术、自适应光学波前传感等前沿天文任务，具有共同的技术需求：单帧信号极端微弱，同时要求高时间分辨率与快速扰动响应能力。

鑫图高灵敏度系列新一代单光子级高速sCMOS相机——Aries 6504 Pro提供了更具系统性优势的成像解决方案：

• 0.43e⁻ RMS读出噪声，具备单光子级探测灵敏度；

• 297 fps全分辨率帧率，支持毫秒级高时间分辨率；

• 0.01 e⁻/pixel/s（@-20℃）暗电流，较上一代经典背照式sCMOS相机降低50倍，支持分钟级长曝光。

• 鑫图Aries 6504 Pro已在部分典型应用场景实测中表现出和EMCCD相当甚至更具综合应用优势的极限信号探测能力。

图4 鑫图Aries 6504 Pro 和 Dhyana 400BSI V3(上一代经典BSI sCMOS相机）核心性能对比。

核心能力解读：Aries 6504 Pro 单光子级灵敏度与高帧率兼得的极弱光探测能力，解决了时域天文中“看得快”与自适应光学中“看得精”的双重挑战，让高精度动态天文现象捕捉有了自主可控的国产技术支撑。

十年进阶，四层能力，鑫图天文相机进阶的核心意义

回顾鑫图高端国产天文相机十年的发展历程，最值得关注的，并非某一项参数是否达到国际领先水平，而是一条清晰可见的能力演进路径。

从高灵敏度弱光探测，到超大面阵工程化；从深度制冷长曝光，到单光子级高速探测，国产天文相机的发展已逐步从单一性能指标突破，迈向系统级工程能力构建。

从“看得见”到“看得全”，从“看得深”到“看得精”，这些能力并非彼此独立，而是在长期技术积累中逐步构建起完整的国产天文成像技术体系。

只有当这些能力真正贯通为系统性平台，面向天文观测、巡天系统乃至深空探测相关仪器的自主可控，才能拥有更为坚实的产业与技术底座。

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