顯微鏡攝像頭

顯微鏡攝像頭在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物、醫(yī)療領(lǐng)域均有很重要的作用，主要用來(lái)配套生物顯微鏡、金相顯微鏡、掃描設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備使用。工業(yè)上，顯微鏡攝像頭配合金相顯微鏡可以用來(lái) 工業(yè)材料的表面紋理。農(nóng)業(yè)上，配合專業(yè)的光學(xué)設(shè)備用來(lái) 等。生物上，顯微鏡攝像頭可用來(lái)很好的對(duì) 進(jìn)行觀測(cè)和分析。 等。

根據(jù)顯微攝像頭的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行分類:USB接口攝像頭、IEEE1394a接口攝像頭及GIGE接口攝像頭。

USB即"Universal Serial Bus "，中文名稱為通用串行總線。USB接口具有傳輸速度更快，支持熱插拔以及連接多個(gè)設(shè)備的特點(diǎn)。目前已經(jīng)在顯微鏡攝像頭中被廣泛采用。目前USB接口有三種:USB1.1、USB2.0和USB3.0。理論上USB1.1的傳輸速度可以達(dá)到12Mbps/秒，USB2.0可以達(dá)到速度480Mbps/秒，而USB3.0則高達(dá)5Gbps全雙工(USB2.0則為480Mbps半雙工)

IEEE 1394接口標(biāo)準(zhǔn)最早是由Apple公司開(kāi)發(fā)的，最初稱之為"FireWire"(火線)，是一種與平臺(tái)無(wú)關(guān)的串行通信協(xié)議。IEEE 1394是的一個(gè)高速、實(shí)時(shí)串行標(biāo)準(zhǔn)。它支持不經(jīng)HUB(集線器)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，最多允許63個(gè)相同速度的設(shè)備連接到同一總線上，最多允許1023條總線相互連接。因?yàn)樗梢赃M(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，所以各連接節(jié)點(diǎn)上設(shè)備都是在相同位點(diǎn)，也就相當(dāng)局域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的"對(duì)等網(wǎng)"一樣，而不是像客戶/服務(wù)器(C/S)模式。

GigE: 最新引進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)界面，GigE仍在定義設(shè)計(jì)中， 以1000MB以太網(wǎng)路為基準(zhǔn)，它供給大約108MB連續(xù)帶寬(和500MB以上的Camera Link相比)，對(duì)於長(zhǎng)度100公尺以上的標(biāo)準(zhǔn)，GigE最大的好處是訊號(hào)線加上電路規(guī)格或轉(zhuǎn)換器長(zhǎng)度可達(dá)1000公尺以上。

許多現(xiàn)有的設(shè)備已經(jīng)能夠支持該標(biāo)準(zhǔn)了。例如，2008年6月，National Instruments發(fā)布了其首款用于PXI Express的高性能雙千兆以太網(wǎng)接口。2011年，JPLY全新推出了一款配有標(biāo)準(zhǔn)GigE Vision數(shù)字接口的500萬(wàn)像素顯微鏡攝像頭。

普通的顯微鏡都只能通過(guò)眼睛進(jìn)行觀察，而當(dāng)我們?cè)阽R下找到一個(gè)目標(biāo)位置后再去找另外一個(gè)目標(biāo)時(shí)，第一個(gè)目標(biāo)的往往會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)樣品之后很難再重新找到，這樣就導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)的丟失，特別是當(dāng)我們需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的時(shí)候，因?yàn)闆](méi)有原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比使我們很苦惱。顯微鏡攝像頭的研發(fā)成功解決了廣大研究者的苦惱問(wèn)題，通過(guò)顯微鏡攝像頭抓取到每次觀察的樣品圖像，這樣就能很好的保存第一手的原始數(shù)據(jù)，不僅可以作為實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，還能永久的保存下來(lái)作為一份有價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。

顯微鏡攝像頭，也叫顯微鏡相機(jī)，是專門(mén)用于和顯微鏡結(jié)合來(lái)獲取顯微鏡成像圖像的光學(xué)儀器。按照所使用的圖像傳感器來(lái)分顯微鏡攝像頭可分為CCD攝像頭和CMOS攝像頭(數(shù)字?jǐn)z像頭和模擬攝像頭)2種。

顯微鏡攝像頭是一種專門(mén)針對(duì)微觀世界領(lǐng)域的成像儀器，和數(shù)碼相機(jī)等使用的攝像頭有很大的區(qū)別。同時(shí)顯微鏡攝像頭也可以通過(guò)和PC鏈接，或結(jié)合專業(yè)的圖像處理軟件將顯微鏡觀察到的樣本微觀圖像輸送出來(lái)，這非常有利于研究人員的對(duì)樣本的研究。

普通的顯微鏡都只能通過(guò)眼睛進(jìn)行觀察，而當(dāng)我們?cè)阽R下找到一個(gè)目標(biāo)位置后再去找另外一個(gè)目標(biāo)時(shí)，第一個(gè)目標(biāo)的往往會(huì)因?yàn)橐苿?dòng)樣品之后很難再重新找到，這樣就導(dǎo)致很多數(shù)據(jù)的丟失。有了顯微鏡攝像頭就能把每次觀察的樣品圖像記錄下來(lái)用來(lái)做數(shù)據(jù)對(duì)比，這對(duì)于研究人員有非常大的幫助。

顯微鏡攝像頭即克服了顯微鏡頭與相機(jī)結(jié)合時(shí)的對(duì)焦技術(shù)問(wèn)題，可以替換式的鏡頭設(shè)計(jì)概念，結(jié)合數(shù)碼相機(jī)成熟的攝錄影像功能，成為一機(jī)雙用的數(shù)碼顯微鏡。

顯微鏡攝像頭具備高倍率顯微功能、及優(yōu)異的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯微鏡模塊，搭配指定選用的數(shù)碼相機(jī)機(jī)種，便可實(shí)時(shí)輸出影像至屏幕，以了解對(duì)象狀況，作為實(shí)時(shí)判斷或記錄;使原本價(jià)格昂貴，并需受限于實(shí)驗(yàn)室等空間使用的復(fù)雜儀器系統(tǒng)，成為簡(jiǎn)單易于操作的手持裝置(數(shù)碼顯微鏡相機(jī))。顯微鏡攝像頭不僅突破傳統(tǒng)在顯微鏡空間及操作上的限制，也擴(kuò)展了相機(jī)的使用范圍;讓生活的驚奇與精彩畫(huà)面，從數(shù)碼相機(jī)輕松地延伸到數(shù)碼顯微鏡相機(jī)鏡頭下的微物世界。

從顯微鏡觀察的圖片來(lái)看，決定拍攝圖像品質(zhì)的主要是:像素和芯片

隨著科技的發(fā)展，奧林巴斯現(xiàn)推出一款1200萬(wàn)像素的攝像頭，但是否像素越高就能滿足所有用戶需求呢?

最佳的攝像頭分辨率與鏡頭的N.A,光波長(zhǎng)，攝像頭芯片大小相關(guān)。根據(jù)圖片品質(zhì)要求，蔡司曾公布一種最佳分辨率的計(jì)算公式:

水平分辨率R(x)=N*A/Mobj.*X/Tv

垂直分辨率R(Y)=N*A/Mobj.*Y/Tv

芯片(Sensor) 是組成數(shù)碼攝像頭的重要組成部分，根據(jù)元件不同分為

CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩種，CCD主要應(yīng)用在高端攝影攝像技術(shù)方面，而CMOS應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中。

目前CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者2/3英寸。也有1/1.8英寸的，在相同的分辨率下，元件尺寸較大的靈敏度比較高，成像效果也比較好。

CCD的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，噪音小，信噪比大。但是生產(chǎn)工藝復(fù)雜、成本高、功耗高。

CMOS的優(yōu)點(diǎn)是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比較大、靈敏度較低、對(duì)光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好。

CCD和CMOS兩者各有優(yōu)點(diǎn)，實(shí)用情況也不一樣，一般用于明場(chǎng)拍攝，對(duì)成像要求不是很高的，建議選擇CMOS攝像頭就可以了，但對(duì)于弱光拍攝用戶來(lái)講，特別熒光拍攝的用戶，選擇CCD攝像頭則比較合適。

普通的顯微鏡需要添加顯微鏡攝像頭，必須添加一個(gè)數(shù)碼顯微鏡接口。如果是三目顯微鏡的話，就可以用第三目鏡上面的標(biāo)準(zhǔn)C接口直接和顯微攝像頭的C接口連接(一般正規(guī)的廠家生產(chǎn)的顯微攝像頭都是標(biāo)準(zhǔn)C接口的)當(dāng)然，添加攝像頭后亦需添加一臺(tái)電腦，這樣也就是把普通的顯微鏡改造成一臺(tái)高性價(jià)比的數(shù)碼顯微鏡。

攝像頭的工作原理大致為:景物通過(guò)鏡頭(LENS)生成的光學(xué)圖像投射到圖像傳感器表面上，然后轉(zhuǎn)為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)A/D(模數(shù)轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，再送到數(shù)字信號(hào)處理芯片(DSP)中加工處理，再通過(guò)USB接口傳輸?shù)诫娔X中處理，通過(guò)顯示器就可以看到圖像了。

顯微鏡攝像頭采集到的圖像數(shù)據(jù)需要在成像設(shè)備(通常是計(jì)算機(jī))中進(jìn)行顯示。計(jì)算機(jī)本身是無(wú)法進(jìn)行顯微視頻的顯示和預(yù)覽的。完整的顯微鏡成像系統(tǒng)還需要專業(yè)的顯微鏡成像軟件來(lái)顯示和管理攝像頭 傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)。

顯微鏡成像軟件的功能包括數(shù)據(jù)解碼，實(shí)時(shí)預(yù)覽，攝像頭參數(shù)調(diào)節(jié)，圖像處理，圖像保存等基本功能。針對(duì)不同應(yīng)用領(lǐng)域，成像軟件還需要其他的高級(jí)功能。在金相分析上，就需要成像軟件有測(cè)量、顆粒分析、紋理分析以及完整的報(bào)表輸出等功能 。在血液 ，精液 分析中，又需要形態(tài)學(xué)分析、自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能。對(duì)于觀測(cè)大景深的物體需要景深擴(kuò)展 功能，較大的物體又需要圖像拼接功能。弱光，熒光環(huán)境，又需要成像軟件有偽彩增強(qiáng)和熒光分析 等功能。

顯微鏡成像軟件的好壞往往會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的成像效果。因?yàn)樵谶x擇顯微鏡成像軟件時(shí)，需要根據(jù)不同的領(lǐng)域，不同的使用環(huán)境，選擇合適的軟件來(lái)配合攝像頭的使用。