在为显微镜选择数码相机时,应考虑兼容性.耦合器放大率.为了保证配对成功,像素大小和分辨率等因素。
一.相机与显微镜兼容
确保相机传感器的尺寸与显微镜的物镜兼容。显微镜由多个透镜组件组成,多个透镜组件将样本的光波聚焦在传感器上,以产生图像。物镜允许显微镜提供放大的真实图像。最常见的物镜放大范围是4倍.10倍.40倍至100倍。
大多数显微镜是圆形的,而相机传感器通常是矩形的。因此,如果相机传感器传感器的尺寸太大,物镜只会将光源聚焦在相机传感器的一个小圆上,导致逐渐光晕。渐变光晕是显微镜光路光学边缘的再现,在图像上显示为暗边。
整个相机传感器需要被照亮,以防止逐渐晕眩,最大化视线——这意味着相机传感器的尺寸必须等于或低于显微镜物镜。
二.选择耦合器
耦合器用于最大化相机的视场范围,而不改变图像质量(FOV)。选择耦合器的黄金法则是:耦合器上的放大率越大,获得的FOV相反,耦合器上的放大率越小,FOV越大。如果放大率过低,可能会导致逐渐晕倒,如果放大率过高,可能会导致图像丢失。
以下是为不同传感器芯片选择相关耦合器放大率的快速指南。
传感器尺寸
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
在为应用程序选择数码相机时,像素大小是最重要的因素之一。如何确定正确的像素大小?
1.确定显微镜的光学分辨率。
可以用来确定显微镜的分辨率Ernt-Abbe的横着(即XY)分辨率透射公式:d=λ/2NA,其中:
λ=用于标本成像的光波长
d=光学分辨率(条纹间距)
NA=物镜的数值孔径
比如,使用550nm的白光.NA4倍物镜为0.20,光学分辨率(理论)极限达到d=550nm/(2X0.20)=1375nm
2.计算采样频率。
根据以下公式,采用奈奎斯特采样定理计算采样频率fs。奈奎斯特定律指出,为了完全恢复连续信号的特征,离散取样的次数应该是连续信号最高频率的两倍。因此,所需的芯片取样频率fs应小于或等于条纹间距d的一半。
取样频率fs=d/2
以上示例:采样频率为1375/2=687.5nm
3.计算所需的像素大小。
相机所需的像素大小=取样频率fs*放大倍数
这里需要注意的是,放大率有几个来源:物镜:.管镜及相机支架/耦合器。要获得总放大倍数,需要将所有边缘的源乘积。
所以:所需的像素大小=fs(687.5nm)X物镜放大率(4)X(1)X相机支架放大倍数(1)=687.5nmX4X1X1/1000=2.75µm
四.选择相机的分辨率
例如,相机的分辨率是指相机传感器上的像素数:2MP(200万像素).4MP(400万像素)等。一般来说,分辨率越高,图像传感器的像素越低。然而,显微镜的光学局限性表明,较高的像素或较小的像素间距并不总是提供较高的分辨率。另一方面,较大的像素收集更多的光源,这对相机的灵敏度起着重要作用。因此,需要在分辨率和灵敏度之间进行测量。选择和数值孔径是获得更好分辨率的关键(NA).下表显示了与光学系统总放大率和样本频率相关的中等像素间距。如果选择两个相同的传感器尺寸,最好选择较小的像素。
物镜/数值孔径
分辨率极限(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
Pixelinkvision配合相机配免费Pixelink图像Capture与第三方图像采集软件(如WinRoot2018.LabVIEW.NIMAX.MATLAB和Halcon)兼容。