Лекции 2014-го года (1125726), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

Цельсия.Степень охлаждения определяется количествомпоследовательных ступеней.Минимальное охлаждение – одна ступень (темновой ток ~1-5электронов на пиксел в секунду). Стандартное охлаждение – 2-3ступени (темновой ток менее 1 электрона на пиксел в секунду,для экспозиций в несколько секунд).Матрицы глубокого охлаждения имеют много ступеней.Матрица охлаждаемой камеры всегда вакуумирована.Специальные камеры – с дополнительным жидкостнымохлаждением (до -100оС) или с охлаждением жидким азотом (длячасовых экспозиций).КМОП камеры потребляют значительно меньше энергии, чемПЗС камеры (почти в 100 раз), соответственно их охлаждениедостигается при меньшей мощности.Емкость ячейки и разрядностьАЦПМаксимальная емкость (заряд) ячейки измеряется в тысячахэлектронов. Она пропорциональна площади фотодиода исоставляет на практике от 20000 (размер 4,5 мкм) до 350000(размер 16 мкм).Камеры «научной» градации имеют емкость фотодиодов не менее40000 электронов (размер более 6 мкм).Разрядность АЦП (системы считывания) составляет 8, 12, 14 или16 бит, что соответствует числу уровней серого 28 = 256; 212 = 4096;214 = 16384; 216 = 65536.

Разрядность записи числа уровней серого вкомпьютере составляет 8 или 16 бит.Монохромные камеры «научной» градации имеют разрядностьАЦП не менее 12 бит. При этом запись изображения в компьютерепроизводится с разрядностью 16 бит, однако «верхние» уровнияркости оказываются незаполненными.Основные производителипрофессиональных камер длямикроскопииAndor – iXON series (12-16 bit, QE 50-90%), EMCCD;CMOS – Zyla 4.2, Neo (16 bit, QE 60-72%).Hamamatsu Photonics – ORCA-II (1024x1024, 13 um, 1416 bit, QE~80%); CMOS ORCA Flash 4.0 (16 bit, QE~60%).Photometrics – Cascade-II (512x512, 16 um, 16 bit,QE>90%), EMCCD; Coolsnap HQ-2 (1392x1040, 6,45 um,14 bit, QE>60%)Производители микроскопов (Карл Цейсс, Лейка,Никон, Олимпус) также выпускают ПЗС камеры длямикроскопов, но они значительно уступают лидерампо своим характеристикам.Установка камеры на микроскопПрямой микроскоп – тринокулярный тубус сосветоделителем (фотоокуляр).

Для установки камерыиспользуется специальная оптика (фотоокуляр).Инвертированный микроскоп – боковой порт сосветоделителем или зеркалом (линза); нижний порт.Для установки камеры в микроскопе изготовителемустанавливается линза. Дополнительная оптика нужна,только если необходимо изменять масштабизображения, проецируемого на матрицу камеры(растягивать или сжимать).Стандартное присоединение камеры – С-mount (резьбадиаметром 25 мм или 1 дюйм).Установка промежуточнойлинзыВсе линзы для установки перед камерами являютсясложными. Они монтируются в адаптер и обеспечивают«перенос зрачка», то есть скорректированы на созданиебезаберрационного изображения на матрице камеры.Для камер с ячейкой более 8 мкм применяются растягивающиелинзы Рэлея с коэффициентами х1,5; х2,0 х2,5.Для камер с ячейкой менее 5 мкм допустимо использованиесжимающих линз с увеличением х0,63 - х0,5, однако этоприводит к потере разрешения при использованиивысокоапертурных объективов с небольшим увеличением(например, х40/1,3; х20/0,75).Условие парфокальностиПравильная установка камеры предполагает, чтоизображение фокусируется на матрице при том жеположении столика, когда оно резко изображается вокулярах (условие парфокальности).Независимая подстройка окуляров по внутренееймаске – возможна только в некоторых микроскопах.В основном – парфокальность камеры проверяетсяпри установке света по Келеру.

Она достигаетсяперемещением камеры относительно тубусамикроскопа.Поскольку глубина резкости в пространствеизображений минимальная при малых увеличениях,настройка парфокальности проверяется в объективомх10.Увеличение и разрешениевидеомикроскопической системыУвеличение – масштаб изображения на экране.Объектив х100 дает увеличение на мониторе сдиагональю 20’ около х3000-х6000.Разрешение записанного изображения всегда хуже,чем при визуальном наблюдении.Разрешение примерно равно удвоенномуэквивалентному размеру пиксела, если этот размерсоставляет не менее 1/2 диска Эри.При эквивалентном размере пиксела менее 1/3 дискаЭри (расчетного разрешения объектива микроскопа)суммарное разрешение определяется в основномапертурой объектива.Эквивалентный размерпикселаЭквивалентный размер пиксела – размер пикселакамеры при проекции его в пространство предметов.Эквивалентный размер пиксела равен физическомуразмеру пиксела, деленному на общее увеличениемикроскопа (перед камерой).Для микроскопов, скорректированных набесконечность, общее увеличение определяетсяобъективом, системой переноса зрачка ипроекционной линзой, устанавливаемой передкамерой.

Как правило, проекционная линза имееткоэффициент х1, а система переноса зрачка – большеединицы (например, х1,5).Пространственное разрешениев видеомикроскопииНепрерывное и дискретноеизображениеДифракционное ограничение разрешения оптического приборапредполагает визуальное наблюдение, то есть сканированиеполя зрения с исчезающе малым шагом.При записи на матрицу изображение подвергается пикселизации– разделению на участки (как правило, квадраты) внутрикоторых информация утрачивается (яркость интегрируется).Пикселизация создает дополнительное ограничение разрешенияприбора.При достаточно малых размерах пиксела записанноеизображение является хорошим приближением оригинала, тоесть контраст его мало отличается от исходного, а за счет болееширокого динамического диапазона камеры может быть дажеувеличен по сравнению с визуальным.Ограничения дискретногоизображенияУменьшение эквивалентного размера пиксела приводит куменьшению количества света, попадающего на него, чтоаналогично эффекту уменьшения чувствительности камеры.При достаточно малых эквивалентных размерах пиксела (около1/10 диска Эри) записанное изображение является хорошимприближением оригинала, то есть контраст его мало отличаетсяот исходного.При размерах пиксела свыше ¼ но менее ½ диска Эри контрастизображения становится переменной величиной.

Он зависит ототносительного расположения элементов изображения иматрицы камеры.При размерах пиксела больше ½ разрешающей способностиприбора, разрешающая способность системы существенноснижается и ограничивается исключительно величиной пиксела.Пикселизация изображенияМаксимальный эквивалентный размер пиксела, диктуемыйтелеграфной теоремой (1/2 радиуса диска Эри), в случае, когдаобъекты разделены минимальным промежутком, приводит кзначительному снижению контраста при «удачной» пикселизации,и полной потере контраста при «неудачной» пикселизации.Максимально допустимыйразмер пиксела для основныхобъективовх100/1.3 (имм.) – 10 мкмх60/1.4 (имм.) – 5,6 мкмх40/1.0 (имм.) – 5,2 мкмх40/0.75 – 6,9 мкмх20/0.75 – 3,5 мкмх20/0.5– 5,2 мкмх10/0.3– 4,3 мкмСоотношение полей зрения256 К3 мегапикселаВидимое полеЗапись изображенияВекторная запись – изображение кодируется в видеформул, изменение масштаба не приводит кухудшению качества и позволяет увидеть новыедетали (MS Word; Adobe Acrobat).Поточечная (растровая) запись – количествоинформации однозначно определяется количествомточек (пикселов) в записанном изображении.Изменение масштаба делает растр видимым.Все ПЗС и КМОП камеры записывают изображение врастровом формате!Каждый пиксел растрового изображения однозначноописывается своим положением в кадре и яркостью.Для цветного изображения яркость рассчитывается втрех каналах.Условия оптимальной записиизображения в микроскопеМинимальный уровень пикселизации, приводящий к«удовлетворительному» снижению контраста вофлуоресцентной микроскопии, составляет около 1/3 радиусадиска Эри, а меньший эквивалентный размер пикселапозволяет сохранить больший контраст.Для эффективной цифровой обработки светлопольныхизображений эквивалентный размер пиксела должен быть неболее ¼ разрешающей способности объектива микроскопа.В практической флуоресцентной микроскопии эквивалентныйразмер пиксела рассчитывается исходя из требованийсветочувствительности.

Компромисс обычно достигается приэквивалентном размере пиксела около 40% от разрешающейспособности объектива, однако для ярких препаратов егоцелесообразно уменьшить до 25-30%.Разрядность АЦП ипросмотр изображенияИзображение с разрядностью более 8 бит нельзя целикомвывести на экран, поскольку монитор отображает только 8 бит.«Стандартное» выведение изображения предполагает, что весьдинамический диапазон выводится за счет объединениясоседних уровней.Более правильное выведение – изображение «шкалируется» поминимуму и максимуму.Для детального просмотра полутоновых деталей (градацийсерого) шкала должна быть настроена специальным образом(scale image), что достигается с использованием программ,работающих с 16-и битным изображением.Суррогатная настройка изображения – регулировка яркости иконтраста в 8-и битной шкале.Отношение сигнал/шумМаксимальная величина отношения сигнал/шум являетсяхарактеристикой записывающей аппаратуры.Она обычно выражается в децибелах (логарифмическая шкалас основанием 10 – 10 дБ соответствуют SNR=10, 20 дБ –SNR=100 и т.д.).

Характеристики

Список файлов лекций