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  • 發布時間:2021-11-18 08:29 原文鏈接: 凝膠成像基礎知識

    (1)分辨率

     分辨率的大小和像素值是分不開的,像素指得是CCD能分別的*小的感光元件,我們平時說的多少萬像素就是這些感光元件的個數了。所以一般來講像素越多,成像也就越清晰細膩,當然這其中還要受許多因素限制,下面會慢慢提到的。但是高像素也不一定是好的CCD,其原因就是像素大小(Pixel Size),也是很重要的因素,相同數目的像素,排列越密集,像素之間就越容易出現電流干擾,容易出現"噪點"等干擾成像質量的現象出現。由于制造工藝的限制,增加尺寸,成本將會以幾何級數提高。

    現在大部分廠家的CCD為了提高圖像的靈敏度,會使用像素合并的技術,那么像素合并的意義是什么呢?

    像素合并是一種非常有用的功能,它可被用來提高像素的大小和靈敏度,如圖所示分辨率為795512,像素大小為9u,當經過22合并后,變成398256,像素大小為18u.33合并后,變成265170,像素大小為27u,靈敏度提高9倍,這樣每個像素大小為27u.

    (2)動態范圍值

    動態范圍表示在一個圖像中*亮與*暗的比值。

    灰階表示在一種表征光亮度的方法,12bit表示從*暗到*亮等分為212=4096個級別,16bit即分為216個級別,可見bit值越高能分出的細微差別越大,如圖下面這張圖片人眼只能分辨出40個灰階,而對于一臺12bit的儀器能分辨出4,096個灰階。值得一提的是,目前來說,市場上主流的凝膠成像的CCD以12bit為主,16bit的儀器一般情況下,分辨率均在200萬像素左右,對于真正的16bit,而像素值又近400萬的CCD是非常少見的。

    12bit與16bit在圖像分辨上的區別

    對動態范圍進行量化需要一個運算公式,即動態范圍值 = 20 log (well depth/read noise),其中Well depth代表是滿井電子,是CCD飽和時能接受的電子信號總值,read noise是讀出噪聲(以電子數來表示),每個CCD在讀數的過程中都會產生噪聲,噪聲越小,監測靈敏度越高。其中滿井電子與CCD的bit值是相關的,通常下,bit值越高,滿井電子的數值越大。

    舉例如下:

      Well depth = 85,000 個電子, read noise = 12 個電子

      Dynamic range = 20 log (85,000/12), or 77dB.

    動態范圍的值越高CCD性能越好.

    (3)量子效率

    CCD的量子效率也稱像素靈敏度,指在一定的曝光量下,像素勢阱中所積累的電荷數與入射到像素表面上的光子數之比。不同結構的CCD其量子效率差異很大。比如100光子中積累到像素勢阱中的電荷數是50個,則量子效率為50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率與入射光的波長有關。

    (4)信噪比

    說到信噪比就不得不提到暗電流了,暗電流是導致CCD噪音的很重要的因素。暗電流指在沒有曝光的情況下,在一定的時間內,CCD傳感器中像素產生的電荷。我們在做化學發光檢測的時候,需要的曝光的時候比較長,這樣導致CCD產生較多的暗電流,對圖像的質量影響非常大。通常情況下通過降低CCD的溫度來*大限度的減少暗電流對成像的影響。下圖表明了暗電流與溫度的關系,從圖中我們可以看出,CCD產生的暗電流隨著溫度下降而減少,但是在-23℃下曲線開始趨于平緩,由此可以看出溫度并非需要無休止的降低的。所以在選擇冷CCD時,溫度在-25℃(優良溫度,非室溫以下)下一般就可以達到您的要求了。

    有的CCD是在圖像*終生成后,通過軟件去背景來扣除暗電流,對于信號遠遠強于背景的有一定效果,但是對于弱信號處理過程中會產生越來越多的錯誤。

    以上是關于CCD的原理和影響因素的一些介紹,

    (5)光學鏡頭

    光學鏡頭是機器視覺系統中必不可少的部件,直接影響成像質量的優劣,影響算法的實現和效果。光學鏡頭規格繁多,有時不免頭暈。光學鏡頭從焦距上可分為短焦鏡頭、中焦鏡頭,長焦鏡頭;從視場大小分有廣角、標準,遠攝鏡頭;結構上分有固定光圈定焦鏡頭,手動光圈定焦鏡頭,自動光圈定焦鏡頭,手動變焦鏡頭、自動變焦鏡頭,自動光圈電動變焦鏡頭,電動三可變(光圈、焦距、聚焦均可變)鏡頭等。

    (6)濾光鏡片

    熒光:EB 、TLC plates、GFP plates、SYBR Green、SYBR Gold、SYBR Safe、SYPRO Red、SYPRO Orange、Texas Red、Rhodamine Red、Fluorescein、Deep Purple、Cy2、Cy3、Cy3.5、Cy5、熒光板等(要根據具體的激發光源和濾鏡來決定)


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