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FLIR機(jī)器視覺相機(jī)搭載全新CMOS傳感器

滿足生物醫(yī)學(xué)成像的嚴(yán)苛要求


  來源: 菲力爾 時(shí)間:2021-06-24 編輯:清風(fēng)
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眾所周知,現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)成像的進(jìn)步幫助醫(yī)生在診斷和治療上取得越來越大的突破,X光、計(jì)算機(jī)輔助斷層攝影(computer aided tomographic,CT)、磁共振成像、核與超聲波成像,生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)越來越精細(xì)。因此,研究和診斷生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用通常需要成像儀具備較高的空間分辨率、準(zhǔn)確的色彩還原度以及弱光條件下較高的靈敏度,而且許多情況需要同時(shí)具備這三種因素,才能提高數(shù)據(jù)的可靠性。


選擇醫(yī)學(xué)成像相機(jī)要考慮的因素


選擇合適的顯微鏡學(xué)相機(jī)、組織學(xué)相機(jī)、細(xì)胞學(xué)/細(xì)胞遺傳學(xué)相機(jī)、落射熒光相機(jī),對于臨床應(yīng)用進(jìn)行正確診斷或在研究工作過程中提供可靠數(shù)據(jù)具有至關(guān)重要的作用。那么要如何判斷機(jī)器視覺相機(jī)是否適合您的應(yīng)用呢?你需要考慮這些因素:


1、分辨率與色彩精度


現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)成像相機(jī)所需的分辨率取決于樣品中目標(biāo)結(jié)構(gòu)相對于相機(jī)像素大小的放大率,也就是說,顯微鏡應(yīng)用的高分辨率可以通過2MP、25MP或介于這兩者之間的相機(jī)來實(shí)現(xiàn)。它取決于光學(xué)元件對樣品中目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的相對于相機(jī)像素大小的放大率,為了選出能實(shí)現(xiàn)所需分辨率的最佳相機(jī),首先要確定待解析樣本中最小結(jié)構(gòu)的尺寸,然后將其乘以光學(xué)系統(tǒng)中的鏡頭放大率,從而得出投射到相機(jī)傳感器上的結(jié)構(gòu)尺寸。



如果結(jié)構(gòu)的尺寸至少是相機(jī)傳感器上像素的2.33(Nyquist)倍,那么相機(jī)可以解析此機(jī)構(gòu)。例如,如果這些投射的結(jié)構(gòu)尺寸是~8um,那么3.45um像素的相機(jī)可以解析這些結(jié)構(gòu)。測量分辨率還可以用其他方法(如線對數(shù)),但上述方法可以通過簡單計(jì)算,找到用于測試的最佳相機(jī)的選項(xiàng)。


組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)等成像應(yīng)用使用較大范圍的白光(~400nm至700nm),或使用此范圍內(nèi)的選定波長(例如565nm)。如果這批樣品中的樣本不是活動(dòng)的(即固定的),則可以暴露于亮光下,不會(huì)有污漬褪色或樣品被殺死的風(fēng)險(xiǎn)。這種情況下,相機(jī)的主要要求是高分辨率和色彩還原度。反過來說,弱光靈敏度不是一個(gè)重要因素。


2、靈敏度、量子效率及動(dòng)態(tài)范圍


對于活體樣本的成像應(yīng)用,面臨的挑戰(zhàn)是避免樣本在太強(qiáng)光線下過度曝光,否則會(huì)使熒光分子褪色或殺死樣本。這些應(yīng)用通常使用一種稱為落射熒光技術(shù),落射熒光技術(shù)可用于固定樣本和活體樣本。有的標(biāo)本很難獲得或價(jià)格昂貴,而且制作樣本的材料和人工費(fèi)用很高。因此,能保護(hù)樣品質(zhì)量的系統(tǒng)有助于降低這些成像應(yīng)用的持續(xù)成本。


落射熒光使用經(jīng)過過濾的高能量波長,以刺激樣品發(fā)出低能量波長。低能量波長再經(jīng)過過濾返回相機(jī)。這種情況下,可以對樣品使用強(qiáng)度較小的破壞性光,因此其最大的要求是靈敏度。即便發(fā)射光能量較低,具有出色靈敏度的相機(jī)也可以提供高質(zhì)量的圖像。



如需查找具備出色靈敏度、在弱光條件下性能良好的型號,您可以側(cè)重于以下三種技術(shù)規(guī)格:絕對靈敏度、量子效率以及動(dòng)態(tài)范圍。絕對靈敏度是得到與傳感器所觀測噪聲等效的信號所需的光子數(shù),數(shù)值越小越好。量子效率是指給定波長下轉(zhuǎn)化為電子的光子——值越高越好。動(dòng)態(tài)范圍是信號與噪聲(包括顳暗噪聲)的比值,顳暗噪聲是指無信號時(shí)傳感器內(nèi)的噪聲,動(dòng)態(tài)范圍值越高越好。通常單色型號的弱光性能優(yōu)于彩色型號。


3、因素綜合


對于同時(shí)使用白光和落射熒光的應(yīng)用,可以選擇FLIR配備Sony全新轉(zhuǎn)換增益功能的相機(jī)型號,此功能可以優(yōu)化傳感器,實(shí)現(xiàn)高靈敏度或高飽和容量。弱光環(huán)境首選較高的轉(zhuǎn)換增益,因?yàn)樵诖藯l件下,讀取噪聲被更大程度地弱化,從而產(chǎn)生較低的絕對靈敏度閾值,非常適合在短時(shí)曝光下檢測弱信號。強(qiáng)光條件下飽和容量得到了最大化,獲得的動(dòng)態(tài)范圍得以增強(qiáng),因此稍低的轉(zhuǎn)換增益是這種情況的理想選擇,最大動(dòng)態(tài)范圍將受限于12位 ADC。


挑選合適的機(jī)器視覺相機(jī)


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