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顯微課堂 | 了解顯微鏡的攝像系統(tǒng)
隨著分析需求的增多，光學(xué)顯微鏡通常會(huì)搭載一套攝像系統(tǒng)，達(dá)到在電腦上成像、拍照、測(cè)量以及分析的目的。那么攝像系統(tǒng)看什么參數(shù)、對(duì)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(wèn)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(huì)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(jī)在顯微成像領(lǐng)域的應(yīng)用，可以大致分為非熒光技術(shù)和熒光技術(shù)兩個(gè)方面，非熒光技術(shù)包括明場(chǎng) BF 、暗場(chǎng) 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(chǎng)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(cè)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(diǎn)檢測(cè)器，如光電倍增管 PMT。
1
相機(jī)的原理 ：
光電轉(zhuǎn)換，即把顯微鏡部分的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在電腦上成像。
2
相機(jī)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(jī)的色彩來(lái)源：
黑白相機(jī)中，只有一個(gè)維度的變化：灰度值，而要實(shí)現(xiàn)彩色成像，則需要一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：拜爾陣列，它模擬人眼對(duì)色彩的敏感程度，采用 1 紅 2 綠 1 藍(lán)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(shí)際每個(gè)像素僅有一種顏色信息，需要利用反馬賽克算法進(jìn)行插值計(jì)算，最終獲得一張圖像。
彩色相機(jī)因?yàn)槎嗉恿艘粋€(gè)拜爾濾鏡，邊緣會(huì)有偽色彩問(wèn)題，所以精度要低于黑白相機(jī)。
4
相機(jī)的分辨率：
像素大小決定相機(jī)的分辨率
芯片大小相同時(shí)，像素越多，像素尺寸越小，相機(jī)分辨率也越好
像素相同時(shí)，像素越多，芯片越大，視野越大，但相機(jī)分辨率相同
5
相機(jī)的芯片尺寸：
相機(jī)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(jī)接口：
配置相機(jī)一定要搭配一個(gè) 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(jī) 。接口倍數(shù)越小，成像的視野越大。
所以，在同一個(gè)相機(jī)下：
注意：0.63 X C-Mount 不能使用在 1 英寸以上芯片的相機(jī)上，否則會(huì)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(jī)，可減少暗噪聲（位于 CCD 結(jié)構(gòu)中的硅層中，由于熱學(xué)生成電子的統(tǒng)計(jì)變化而產(chǎn)生）。
那么，制冷溫度越低就意味著這款相機(jī)就越好嗎？
對(duì)一個(gè) CCD 芯片來(lái)說(shuō)，每降低 6.7 °C，暗電流減半：
但不同相機(jī)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(gè)很重要的功能，通過(guò)把多個(gè)像素融合成一個(gè)像素，從而提高讀取速度，提高動(dòng)態(tài)范圍，但不利是會(huì)降低分辨率。
9
COMS 和 CCD 的區(qū)別：
科研級(jí) COMS 對(duì)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(jī)，且適合制作大版面的相機(jī)，所以，現(xiàn)在越來(lái)越多的顯微鏡會(huì)配套 CMOS 相機(jī)，CCD 因其工藝復(fù)雜成本高，在市場(chǎng)上逐漸變少。
最后，關(guān)于相機(jī)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(xué)放大倍率計(jì)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(xué)倍率 10x100=1000X
數(shù)碼放大倍率計(jì)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(duì)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(lái)自徠卡顯微系統(tǒng)合作伙伴領(lǐng)拓儀器的投稿。
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