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一、前沿2009年10月6日,瑞典皇家科学院宣布,将2009年诺贝尔物理学奖的一半授予美国科学家威拉德• 博伊尔和乔治• 史密斯,因为他们于1969年发明了半导体集成电路成像技术,CCD感应器。经过四十年的发展,CCD技术由实验室逐步走向了市场,具有越来越广阔的应用。CCD数码成像对摄影产生了革命性的影响。在感光胶片之外,人们可以通过电子电路捕捉图像,这些以数字形式存在的图像更加易于处理和分发。数字图像已经成为许多研究领域中不可替代的重要工具。数码成像技术应用到显微镜上,以替代以往的胶卷拍摄,现在已经广泛应用了。以前我们用胶卷来进行显微拍摄,要等一卷拍完,冲洗出来才能确定拍摄的图像是否清晰,如果拍摄的图像不理想,而显微观察的样品又失效了,就需要重新制作样品,给研究工作带来很大的不便,而现在使用显微数码相机来拍摄显微图像,所见即所得,当时就是保存处理,甚至统计分析,极大的提高了工作效率。二、显微数码成像系统的组成显微数码成像系统包括CCD/CMOS专业相机,图像采集处理软件,显微镜接口,数据传输线等,其中最核心的设备是CCD和CMOS图像传感器,前者由光电耦合器件构成,后者由金属氧化物器件构成。两者都是光电二极管结构感受入射光并转换为电信号,主要区别在于读出信号所用的方法。CCD(Charge Coupled Device ,感光耦合组件)上感光组件的表面具有储存电荷的能力,并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时,会将电荷反应在组件上,整个CCD上的所有感光组件所产生的信号,就构成了一个完整的画面。CCD的结构分三层 ,第一层“微型镜头”“ON-CHIP MICRO LENS”,这是为了有效提升CCD的总像素,又要确保单一像素持续缩小以维持CCD的标准面积,在每一感光二极管上(单一像素)装置微小镜片。CCD的第二层是“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一是RGB原色分色法,另一个则是CMYG补色分色法。原色CCD的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题。第三层:感光层,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片,将影像还原。数码成像的核心器件除CCD,现在越来越多的使用CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,互补性氧化金属半导体,CMOS和CCD一样同在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换逻辑,当感光二极管接受光照、产生模拟的电信号之后,电信号首先被该感光元件中的放大器放大,然后直接转换成对应的数字信号。CMOS的优势在于成本低,耗电需求少,便于制造, 可以与影像处理电路同处于一个芯片上,缺点是较容易出现杂点。三 显微镜成像系统相关参数对CCD/CMOS数码成像系统的结构和原理有了一个基本了解后,我们再对成像系统的一些基本参数作一个说明。在实际应用中,很多用户对像素多少很敏感,一上来就提到我要多少万像素的成像系统,其实在专业成像应用中,像素多少只是影响成像的一个因素,还有其他很多指标,包括分辨率,感光器件大小,动态范围,灵敏度,量子效率,信噪比等。感光器件的面积大小是衡量显微成像系统质量的一个重要指标,感光器件的面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。当前数码成像系统中较常应用的感光器件规格如下:1英寸(靶面尺寸为宽12.7mm*高9.6mm,对角线16mm),2/3英寸, 1/2英寸,1/3英寸,另外有时也用到1/1.8英寸,1/2.5英寸的CCD/CMOS感光器件。 像素是CCD/CMOS能分辨的最小的感光元件,显微数码成像系统的像素由低到高有:45万左右,140万左右,200万左右,300万左右,500万左右,900万像素,甚至还有更高的达到2000万像素以上。一般来说,像素越高,图像分辨率越高,成像也就越清晰,但有时候图像分辨率达到一定程度后,就不是影响成像质量的主要指标了。比如图像分辨率高,噪声也很高时,成像质量也不会很好。暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下,在一定的时间内,CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做荧光拍摄的时候,需要的曝光的时候比较长,这样导致CCD产生较多的暗电流,对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。Peltier制冷技术一般可将CCD温度降低5-30°C,在长时间拍摄或一次曝光超过5-10秒,CCD芯片会发热,没有致冷设备的芯片,“热”或者白的像素点就会遮盖图像,图像会出向明显的雪花点。CCD结构设计、数字化的方法等都会影响噪音的产生。当然通过改善结构、优化方法,同样能减少噪音的产生。显微荧光或其他弱光的拍摄对CCD噪音的降低要求很高,应选用高分辨率数字冷却CCD成像系统,使其能够捕获到信号极其微弱的荧光样品图像,并且能够最大程度的降低噪音,减少背景,提供出色的图像清晰度。所以一般在荧光及弱光观察时需要选择制冷CCD。在显微数码成像过程中,对于荧光及弱光的拍摄,除了制冷降低热噪声外,还可使用 BINNING技术提高图像的灵敏度,BINNING像素合并是一种非常有用的功能,它可被用来提高像素的大小和灵敏度,比如摄像头像素大小为5u,当经过2x2合并后,像素大小为10u,3X3合并后,像素大小为15u, 这是图像的整体像素变少了,但成像的灵敏度可提高9倍。动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。12bit表示从最暗到最亮等分为212=4096个级别,16bit即分为216个级别,可见bit值越高能分出的细微差别越大,一般CMOS成像系统动态范围具有8-10bit, CCD以10-12bit为主,少部分可达16bit。对动态范围进行量化需要一个运算公式,即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise),动态范围的值越高成像系统的性能就越好。量子效率也称像素灵敏度,指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个,则量子效率为50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。对显微数码成像系统的参数有了整体认识后,在实际应用中选择合适型号的产品就比较容易了。高分辨率显微数码成像技术在国外已有二十来年的发展历史,产品目前已比较成熟。国外的专业数码产品有多个品牌,比较著名的有德国的ProgRes,美国Roper Scientific的系列产品,另外OLYMPUS、NIKON、LEICA、ZEISS等显微镜厂家也有一些配套的专业数码成像系统 。其中CCD成像系统主要采用SONY及KODRA公司的芯片,因此相关产品性能差别不是很大。国内专业数码成像产品的设计制造时间还不长,但随着配套技术的成熟,100万像素以上的CCD/CMOS专业数码成像产品开始陆续推出,主要的专业厂家有北京的大恒、微视、杭州欧普林,广州明美等企业。北京大恒早期主要研发生产图像采集卡,目前可以量产140万像素的CCD摄像头,130万/200万/320万/500万像素CMOS摄像头,主要用到工业领域。
[em0703] 供应显微镜专业成像设备 产品介绍产品特点:显微镜专用数码相机,适用接口RCA(连接TV机)USB(连接PC机),支持单目、双目、三目成像系统,可实时数码观察目标,实时数码录象,单张拍照,主机具有记忆功能。可以适配金相、生物、体视等各种类型显微镜!操作安装步骤简单,功能齐全。与不同性能的显微镜配套适用于高等教育、医疗卫生、科学研究、农林环保等领域。其价格远远低于市场同类产品。我公司产品直接和目镜相连,所以可以实现一机多用,根据具体情况提供不同象素的机子,目前我公司产品已在福建省科研、工厂、学校等单位采用,而且新推出工厂质检系统,学校多媒体系统,大家选购!真金不怕火炼!欢迎到公司来洽谈业务!如果业务量合适我们可以派专人为您做演示指导工作,本公司现在全国招聘代理商,共创辉煌!效果图见慧聪企业博客http://blog.hc360.com/portal/personShowArticle.do?articleId=170399福州泉通电子有限公司福州市则徐大道368弄仓山工业区8号楼 (350007) 电话: 0591-83471089,传真: 86-591-83448434联系人: 梁建新所在区域: 福建.福州邮件地址: quantong@fjqt.com klop-116@163.com公司网站: http://www.fjqt.com
简单的说说吧,数码相机也是一种CCD,只是比较低端,一般只给出像数值(其实这个值意义也不大,现在号称有1700万像素,其实那是用物理抖动实现的,实际像素值还是400万什么的)科学级CCD需要提供的参数很多,如量子效率,满井容量,单个像素大小,靶面大小,响应范围,制冷,暗电流噪声等等。还有科学级CCD都是黑白的,好一点的动态范围一般是12bit以上,t好的CCD没有彩色的。彩色原因只是加了RGB通道,虽然标称是24bit动态范围,其实每个通道8bit,加起来是24bit。比单色ccd差远了。科学级CCD与数码比最大的弱点就是分辨率了,由于要实现那么多参数指标,决定了其靶面不能做到太大,单个像素不能太小(不详细说了)。目前最好的ccd之一是andor对EMCCD,为了实现高灵敏度,单个像素大小做到16um,靶面是512*512的。要是用来成像,分辨率还是差点。用途方面。要是想获得比较好的图片,比如染色切片,彩色荧光图片,当然用数码相机拍。这数码相机拍还分两种:一种是单反的,拆掉镜头,直接用相机的靶面成像,相机自身不可以调焦了。还有就是用相机自带的镜头取景,可调节,可采集大视野(不过要专门做接口,国内重庆光电可以做)。要是对荧光强度进行分析,当然还是用科学级CCD了。所以一般在荧光显微镜上配一个数码相机,一个科学级CCD就差不多了。