众所周知,现代生物医学成像的进步帮助医生在诊断和治疗上取得越来越大的突破,X光、计算机辅助断层摄影(computer aided tomographic,CT)、磁共振成像、核与超声波成像,生物医学成像技术越来越精细。因此,研究和诊断生物医学应用通常需要成像仪具备较高的空间分辨率、准确的色彩还原度以及弱光条件下较高的灵敏度,而且许多情况需要同时具备这三种因素,才能提高数据的可靠性。
选择医学成像相机要考虑的因素
选择合适的显微镜学相机、组织学相机、细胞学/细胞遗传学相机、落射荧光相机,对于临床应用进行正确诊断或在研究工作过程中提供可靠数据具有至关重要的作用。那么要如何判断机器视觉相机是否适合您的应用呢?你需要考虑这些因素:
1、分辨率与色彩精度
现代生物医学成像相机所需的分辨率取决于样品中目标结构相对于相机像素大小的放大率,也就是说,显微镜应用的高分辨率可以通过2MP、25MP或介于这两者之间的相机来实现。它取决于光学元件对样品中目标结构进行的相对于相机像素大小的放大率,为了选出能实现所需分辨率的最佳相机,首先要确定待解析样本中最小结构的尺寸,然后将其乘以光学系统中的镜头放大率,从而得出投射到相机传感器上的结构尺寸。
如果结构的尺寸至少是相机传感器上像素的2.33(Nyquist)倍,那么相机可以解析此机构。例如,如果这些投射的结构尺寸是~8um,那么3.45um像素的相机可以解析这些结构。测量分辨率还可以用其他方法(如线对数),但上述方法可以通过简单计算,找到用于测试的最佳相机的选项。
组织学、细胞学和细胞遗传学等成像应用使用较大范围的白光(~400nm至700nm),或使用此范围内的选定波长(例如565nm)。如果这批样品中的样本不是活动的(即固定的),则可以暴露于亮光下,不会有污渍褪色或样品被杀死的风险。这种情况下,相机的主要要求是高分辨率和色彩还原度。反过来说,弱光灵敏度不是一个重要因素。
2、灵敏度、量子效率及动态范围
对于活体样本的成像应用,面临的挑战是避免样本在太强光线下过度曝光,否则会使荧光分子褪色或杀死样本。这些应用通常使用一种称为落射荧光技术,落射荧光技术可用于固定样本和活体样本。有的标本很难获得或价格昂贵,而且制作样本的材料和人工费用很高。因此,能保护样品质量的系统有助于降低这些成像应用的持续成本。
落射荧光使用经过过滤的高能量波长,以刺激样品发出低能量波长。低能量波长再经过过滤返回相机。这种情况下,可以对样品使用强度较小的破坏性光,因此其最大的要求是灵敏度。即便发射光能量较低,具有出色灵敏度的相机也可以提供高质量的图像。
如需查找具备出色灵敏度、在弱光条件下性能良好的型号,您可以侧重于以下三种技术规格:绝对灵敏度、量子效率以及动态范围。绝对灵敏度是得到与传感器所观测噪声等效的信号所需的光子数,数值越小越好。量子效率是指给定波长下转化为电子的光子——值越高越好。动态范围是信号与噪声(包括颞暗噪声)的比值,颞暗噪声是指无信号时传感器内的噪声,动态范围值越高越好。通常单色型号的弱光性能优于彩色型号。
3、因素综合
对于同时使用白光和落射荧光的应用,可以选择FLIR配备Sony全新转换增益功能的相机型号,此功能可以优化传感器,实现高灵敏度或高饱和容量。弱光环境首选较高的转换增益,因为在此条件下,读取噪声被更大程度地弱化,从而产生较低的绝对灵敏度阈值,非常适合在短时曝光下检测弱信号。强光条件下饱和容量得到了最大化,获得的动态范围得以增强,因此稍低的转换增益是这种情况的理想选择,最大动态范围将受限于12位 ADC。
挑选合适的机器视觉相机