在為顯微鏡選擇數(shù)碼相機時,應(yīng)考慮兼容性.耦合器放大率.為了保證配對成功,像素大小和分辨率等因素。
一.相機與顯微鏡兼容
確保相機傳感器的尺寸與顯微鏡的物鏡兼容。顯微鏡由多個透鏡組件組成,多個透鏡組件將樣本的光波聚焦在傳感器上,以產(chǎn)生圖像。物鏡允許顯微鏡提供放大的真實圖像。最常見的物鏡放大范圍是4倍.10倍.40倍至100倍。
大多數(shù)顯微鏡是圓形的,而相機傳感器通常是矩形的。因此,如果相機傳感器傳感器的尺寸太大,物鏡只會將光源聚焦在相機傳感器的一個小圓上,導(dǎo)致逐漸光暈。漸變光暈是顯微鏡光路光學(xué)邊緣的再現(xiàn),在圖像上顯示為暗邊。
整個相機傳感器需要被照亮,以防止逐漸暈眩,最大化視線——這意味著相機傳感器的尺寸必須等于或低于顯微鏡物鏡。
二.選擇耦合器
耦合器用于最大化相機的視場范圍,而不改變圖像質(zhì)量(FOV)。選擇耦合器的黃金法則是:耦合器上的放大率越大,獲得的FOV相反,耦合器上的放大率越小,F(xiàn)OV越大。如果放大率過低,可能會導(dǎo)致逐漸暈倒,如果放大率過高,可能會導(dǎo)致圖像丟失。
以下是為不同傳感器芯片選擇相關(guān)耦合器放大率的快速指南。
傳感器尺寸
耦合器放大率
1/3”
0.35X
1/2”
0.5X
2/3”
0.66X
1”
1X
三.像素大小
在為應(yīng)用程序選擇數(shù)碼相機時,像素大小是最重要的因素之一。如何確定正確的像素大小?
1.確定顯微鏡的光學(xué)分辨率。
可以用來確定顯微鏡的分辨率Ernt-Abbe的橫著(即XY)分辨率透射公式:d=λ/2NA,其中:
λ=用于標(biāo)本成像的光波長
d=光學(xué)分辨率(條紋間距)
NA=物鏡的數(shù)值孔徑
比如,使用550nm的白光.NA4倍物鏡為0.20,光學(xué)分辨率(理論)極限達到d=550nm/(2X0.20)=1375nm
2.計算采樣頻率。
根據(jù)以下公式,采用奈奎斯特采樣定理計算采樣頻率fs。奈奎斯特定律指出,為了完全恢復(fù)連續(xù)信號的特征,離散取樣的次數(shù)應(yīng)該是連續(xù)信號最高頻率的兩倍。因此,所需的芯片取樣頻率fs應(yīng)小于或等于條紋間距d的一半。
取樣頻率fs=d/2
以上示例:采樣頻率為1375/2=687.5nm
3.計算所需的像素大小。
相機所需的像素大小=取樣頻率fs*放大倍數(shù)
這里需要注意的是,放大率有幾個來源:物鏡:.管鏡及相機支架/耦合器。要獲得總放大倍數(shù),需要將所有邊緣的源乘積。
所以:所需的像素大小=fs(687.5nm)X物鏡放大率(4)X(1)X相機支架放大倍數(shù)(1)=687.5nmX4X1X1/1000=2.75μm
四.選擇相機的分辨率
例如,相機的分辨率是指相機傳感器上的像素數(shù):2MP(200萬像素).4MP(400萬像素)等。一般來說,分辨率越高,圖像傳感器的像素越低。然而,顯微鏡的光學(xué)局限性表明,較高的像素或較小的像素間距并不總是提供較高的分辨率。另一方面,較大的像素收集更多的光源,這對相機的靈敏度起著重要作用。因此,需要在分辨率和靈敏度之間進行測量。選擇和數(shù)值孔徑是獲得更好分辨率的關(guān)鍵(NA).下表顯示了與光學(xué)系統(tǒng)總放大率和樣本頻率相關(guān)的中等像素間距。如果選擇兩個相同的傳感器尺寸,最好選擇較小的像素。
物鏡/數(shù)值孔徑
分辨率極限(μm)
所需的像素大小(μm)
4X(0.20)
1.5
2.9
10X(0.40)
0.64
3.2
20X(0.75)
0.39
3.9
40X(1.30)
0.22
4.5
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