隨著分析需求的增多,,光學顯微鏡通常會搭載一套攝像系統(tǒng),,達到在電腦上成像,、拍照、測量以及分析的目的,。那么攝像系統(tǒng)看什么參數(shù),、對于成像質(zhì)量有多大的影響、或者顯示器成像倍數(shù)和目鏡成像倍數(shù)是什么關(guān)系,,這些問題隨著顯微成像的數(shù)碼化,可能一直困擾著你,,那么本篇文章會深入淺出的解析攝像系統(tǒng),,讓你真正了解顯微鏡的另一雙眼鏡——攝像頭。
首先,,相機在顯微成像領(lǐng)域的應用,,可以大致分為非熒光技術(shù)和熒光技術(shù)兩個方面,非熒光技術(shù)包括明場 BF ,、暗場 DF ,、相差 PH 、偏光 POL ,、微分干涉 DIC 等觀察法,,熒光技術(shù)包括寬場熒光 (widefield fluorescence) 、轉(zhuǎn)盤式共聚焦 (spinning disk confocal) ,、全內(nèi)反射熒光顯微成像 (TIRFM) ,、超高分辨顯微技術(shù) (SIM, PALM, STORM)等,,以上技術(shù)成像通常用面陣檢測器,如 CCD 、CMOS,;另外一種熒光技術(shù)如激光掃描共聚焦 (LSCM) ,、雙光子顯微成像 (two-photon) 、超分辨顯微技術(shù)( STED) 等,,通常使用點檢測器,,如光電倍增管 PMT。
1
相機的原理 :

光電轉(zhuǎn)換,,即把顯微鏡部分的光信號轉(zhuǎn)化為電信號,,在電腦上成像。
2
相機基本結(jié)構(gòu) :

像素,,是圖像的最小單元,,也叫解析度,一般像素越高,,圖像越清晰,。
3
相機的色彩來源:

黑白相機中,只有一個維度的變化:灰度值,,而要實現(xiàn)彩色成像,,則需要一個關(guān)鍵技術(shù):拜爾陣列,它模擬人眼對色彩的敏感程度,,采用 1 紅 2 綠 1 藍的排列方式將灰度信息轉(zhuǎn)換成彩色信息,。采用這種技術(shù)的傳感器實際每個像素僅有一種顏色信息,需要利用反馬賽克算法進行插值計算,,最終獲得一張圖像,。
彩色相機因為多加了一個拜爾濾鏡,邊緣會有偽色彩問題,,所以精度要低于黑白相機,。
4
相機的分辨率:

像素大小決定相機的分辨率
芯片大小相同時,像素越多,,像素尺寸越小,,相機分辨率也越好
像素相同時,像素越多,,芯片越大,,視野越大,但相機分辨率相同
5
相機的芯片尺寸:

相機的芯片尺寸一定程度決定了成像的視野,,芯片尺寸越大,,視野越大

6
相機接口:

配置相機一定要搭配一個 C 接口,常用的有 0.63 倍 ,、1 倍 ,、1.6 倍等,,用于轉(zhuǎn)接顯微鏡和相機 。接口倍數(shù)越小,,成像的視野越大,。
所以,在同一個相機下:
注意:0.63 X C-Mount 不能使用在 1 英寸以上芯片的相機上,,否則會出現(xiàn)邊緣黑邊的情況:

7
噪聲:

干擾成像的因素,,一般我們看到帶制冷的相機,可減少暗噪聲(位于 CCD 結(jié)構(gòu)中的硅層中,,由于熱學生成電子的統(tǒng)計變化而產(chǎn)生),。

那么,制冷溫度越低就意味著這款相機就越好嗎,?
對一個 CCD 芯片來說,,每降低 6.7 °C,暗電流減半:

但不同相機所使用的芯片不同,,所以,,暗電流才是我們真正關(guān)心的參數(shù),而不是制冷溫度,。
8
像素融合 (Binning) :

一個很重要的功能,,通過把多個像素融合成一個像素,從而提高讀取速度,,提高動態(tài)范圍,,但不利是會降低分辨率。

9
COMS 和 CCD 的區(qū)別:

科研級 COMS 對比于 CCD,,具有更高的全幅速度,,有效讀出噪聲較 CCD 低,芯片更便宜,,也更容易制成相機,,且適合制作大版面的相機,所以,,現(xiàn)在越來越多的顯微鏡會配套 CMOS 相機,CCD 因其工藝復雜成本高,,在市場上逐漸變少,。
最后,關(guān)于相機顯微鏡的放大倍數(shù),,在目鏡上觀察和在顯示屏上成像,,兩者的倍數(shù)一直容易被混淆,這里我們明確兩者放大倍數(shù)的關(guān)系:
光學放大倍率計算
M = β ×γ
顯微鏡總放大率 = 物鏡放大率× 目鏡放大率
比如:目鏡10倍,,物鏡100倍,,總光學倍率 10x100=1000X
數(shù)碼放大倍率計算
數(shù)碼放大倍率=物鏡倍率 × 接口倍率 × 視頻放大倍數(shù)
其中視頻放大倍數(shù) =顯示屏幕對角線尺寸/攝像頭靶面尺寸
比如:物鏡 5 倍,,C 接口 1X,顯示屏 27 英寸,,攝像頭 1 英寸靶面,,總放大倍率 5x1x(27/1) =135X
本篇文章是來自徠卡顯微系統(tǒng)合作伙伴領(lǐng)拓儀器的投稿。
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