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选择显微镜相机时应考虑的问题

时间: 2019-01-03 16:27 编辑: 北京瑞科中仪阅读:

随着技术的进步,以及研究领域的日益复杂化,显微镜需要连接显微相机才可以实现日常的应用,那么在选购显微镜相机时应考虑哪些问题呢?
其实毋庸置疑,关于显微镜相机的性能优劣的评测我们可以通过图像的质量来进行,因此显微镜相机的好坏直接体现在显微镜相机的图像质量上,本文就对图像质量的关键要素进行描述,希望帮助用户选购理想的显微镜相机。
选择显微镜相机时应考虑的问题
分辨力
微镜可以用来观察光学上难以分辨的微小结构。这些光学限制意味着较高的像素数或较小的像素间距并不总是提供更高的分辨率。要获得更好的分辨率,关键是选择合适的像素间距与数值孔径(NA)、光学系统的总放大率和样品的空间频率有关。下图是调制传递函数(MTF)的原理图,显示了具有500 nm光和5m像素间距的成像系统的响应。
选择显微镜相机时应考虑的问题
上图表示传感器的奈奎斯特频率(即传感器采样频率的一半或传感器像素间距的倒数)低于Eq.1中定义的光学截止频率。在这种情况下,值得尝试更小的像素间距来获得更高的分辨率。
选择显微镜相机时应考虑的问题
上图情况下,较小的像素传感器不能提供更高的分辨率,因为来自样品的光以光学系统的点扩展函数(PSF)方式传播远大于像素间距。还应仔细考虑样本的空间频率。工业样品往往具有锐利的边缘,这意味着它们比生物样本具有更高的空间频率,并且需要更高的采样间距。
灵敏度和噪声
高信噪比是可靠数据的关键.在某些情况下,使用非常明亮的样本,这是很容易实现的。但在实际应用中,信噪比具有物理和技术上的局限性。物理限制是由于传感器芯片中产生的光电子数的统计误差,这是由样品的亮度和相机的灵敏度决定的。相机的灵敏度取决于它的量子效率(QE)和像素面积。与人们普遍的看法相反,量化宽松并不是提高敏感性的唯一影响因素。像素基音可以提供更大程度的改善,即使稍微增加。例如,如果将传感器的像素间距从5.5m改为6.5m,灵敏度提高了40%左右,而在75%和90%的QE之间,灵敏度只提高了20%。QE应在您的观察波长仔细确认。彩色相机的QE可高达60%,但值得注意的是,由于拜耳彩色滤光片通常应用于彩色相机的传感器,因此只有四分之一到一半的像素能够检测到每个波长的荧光。
帧速率
快速帧速率是实时图像观看过程中平滑操作的首要要求。由于诸如USB3.0和CMOS技术等高速接口,最近许多相机的帧率都超过每秒30帧(Fps),具有实际的分辨率。然而,有许多应用需要更高的帧速率;例如,(1)病理咨询和病例会议,要求快速显微镜手术后顺利进行实时成像;(2)快速生物现象的高质量成像;(3)体积观察,如光片荧光显微镜(LSFM);(4)计算成像,包括基于图像处理的超分辨率成像。在昏暗荧光显微镜的情况下,与曝光时间有关的实际限制。为了解决这一问题,采用了二值化或其他图像处理技术来提高信噪比。卷帘引起的图像失真是CMOS传感器快速读出特性的一个副作用。对于快速移动的样本,全局快门和全局重置功能是一个理想的解决方案,可以帮助抑制失真。
视野(FOV)
有些带有大图像传感器的相机可以在18毫米对角线范围内提供视场,甚至有1x摄像头适配器。其他相机,那些相对较小的传感器,通过使用小于1倍放大率的相机适配器实现宽视场。然而,这样做引起了对阴影和光学像差的关注,特别是当你远离光轴(对角线超过18毫米)时。
选择显微镜相机时应考虑的问题
色彩再现
因为人类眼睛的光谱反应与摄像机感应器不同,所以相机销售商需要使用多种技术在显示器上获得与你通过显微镜观察到的颜色相似的颜色。适当的白平衡(WB)是实现适当颜色复制的第一步。一个自动化的WB功能专门用于Brightfield(BF)观测,它可以帮助您摆脱耗时的手工操作,因为它会自动检测实时BF图像中的“白色”背景。为了达到高的颜色保真度,图像处理通常涉及颜色矩阵,它将RGB信号从传感器转换为监视器上的R‘GB’信号。但这一过程受到独立轴数的限制,例如,由于这两种颜色都含有红色信号,因此不能独立地调整伊红,而不依赖于民建联染色的棕色。多轴颜色调整是一种方法,以绕过这一限制,并优化颜色的各种污渍(图5)。颜色空间和与显示器的颜色匹配也很重要。AdobeRGB颜色空间可以表示更大范围的颜色,这特别有利于生动的绿色,如Masson的三色染色,但如果没有适当的ICC配置文件交换,则AdobeRGB监视器的图像数据无法显示在其他sRGB监视器上。
选择显微镜相机时应考虑的问题
在某些应用中,图像处理被用来超越传统的光学和物理的局限性。扩展聚焦图像(EFI)技术可用于在一幅图像中获取厚样本(图6),特别是使用立体显微镜。高动态范围(HDR)成像通常用于工业检测,因为它能够捕获反射样品(图7)。提高荧光实时图像信噪比的技术有很多种。例如,自动多帧平均(只在显微镜台面静止时起作用)是实现快速帧速率和高信噪比的一种方法,同时最大限度地减少了对样品的光毒性损伤。
 
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