25/08/12Түстүү камералар керектөөчү камералар рыногунда үстөмдүк кылса да, монохромдуу камералар илимий сүрөттөөдө кеңири таралган.
Камера сенсорлору табигый түрдө алар чогулткан жарыктын түсүн же толкун узундугун аныктоого жөндөмдүү эмес. Түстүү сүрөткө жетишүү үчүн сезгичтикте жана мейкиндикти тандоодо бир катар компромисстер талап кылынат. Бирок, патология, гистология же кээ бир өндүрүштүк текшерүү сыяктуу көптөгөн сүрөттөө колдонмолорунда түстүү маалымат абдан маанилүү, ошондуктан түстүү илимий камералар дагы эле кадимки көрүнүш.
Бул макалада илимий камералар кандай түстө, алар кандай иштешет, алардын күчтүү жактары жана чектөөлөрү, ошондой эле илимий колдонмолордо монохромдук кесиптештеринен кайсы жерде ашып түшөрү каралат.
Түстүү илимий камералар деген эмне?
Түстүү илимий камера – бул RGB түстүү маалыматты жогорку тактык, тактык жана ырааттуулук менен тарткан атайын сүрөттөөчү аппарат. Керектөөчү класстагы түстүү камералардан айырмаланып, визуалдык жагымдуулукту биринчи орунга койгон, илимий түстүү камералар түс тактыгы, сенсордук сызыктуулугу жана динамикалык диапазону өтө маанилүү болгон сандык сүрөттөө үчүн иштелип чыккан.
Бул камералар жарык талаа микроскопиясы, гистология, материалдарды анализдөө жана визуалдык интерпретация же түскө негизделген классификация зарыл болгон машина көрүү милдеттери сыяктуу колдонмолордо кеңири колдонулат. Көпчүлүк түстүү илимий камералар CMOS же sCMOS сенсорлоруна негизделген, илимий жана өндүрүштүк изилдөөлөрдүн катаал талаптарын канааттандыруу үчүн иштелип чыккан.
Ар кандай сүрөттөө системаларын тереңирээк көрүү үчүн, биздин жогорку өндүрүмдүүлүктү тандоону изилдеңизилимий камеракесиптик колдонмолор үчүн курулган моделдер.
Түскө жетишүү: Байер чыпкасы
Шарттуу түрдө камералардагы түстөрдү аныктоо мониторлордо жана экрандарда түстөрдү кайра чыгаруу сыяктуу эле каражаттар аркылуу ишке ашат: жакынкы кызыл, жашыл жана көк пикселдердин толук түстүү "суперпикселдерге" айкалышы аркылуу. R, G жана B каналдары максималдуу мааниге жеткенде, ак пиксел көрүнөт.
Кремний камералары келген фотондордун толкун узундугун аныктай албагандыктан, ар бир R, G же B толкун узундугу каналын бөлүү чыпкалоо аркылуу ишке ашырылышы керек.
Кызыл пикселдерде спектрдин кызыл бөлүгүндөгү бардык толкун узундуктарын, ошондой эле көк жана жашыл түстөрдү бөгөттөө үчүн пикселдин үстүнө жеке чыпка коюлат. Бирок, үч түс каналына карабастан, эки өлчөмдүү чарчы плиткага жетүү үчүн сүрөттө көрсөтүлгөндөй, бир кызыл, бир көк жана эки жашыл пикселден суперпиксел түзүлөт.
Түстүү камералар үчүн Байер фильтринин схемасы
ЭСКЕРТҮҮ: Жашыл, Кызыл, Көк, Жашыл пикселдердин кайталанган чарчы 4-пикселдик бирдиктерин колдонуу менен Bayer чыпкасынын схемасын колдонуу менен түстүү камералар үчүн жеке пикселдерге кошулган түс чыпкаларынын схемасы. 4-пикселдик бирдиктеги тартип ар кандай болушу мүмкүн.
Жашыл пикселдерге артыкчылык берилет, анткени жарык булактарынын көпчүлүгү (күндөн ак диоддорго чейин) спектрдин жашыл бөлүгүндө өзүнүн эң жогорку интенсивдүүлүгүн көрсөтөт, ошондой эле жарык детекторлору (кремний негизиндеги камера сенсорлорунан биздин көзүбүзгө чейин) адатта жашыл түстө сезгичтиктин чокусуна жетет.
Сүрөттү талдоо жана дисплейге келгенде, сүрөттөр адатта R, G же B маанисин гана көрсөткөн пикселдер менен колдонуучуга жеткирилбейт. Камеранын ар бир пиксели үчүн 3-канал RGB мааниси "дебайиринг" деп аталган процессте жакын жайгашкан пикселдердин маанилерин интерполяциялоо аркылуу түзүлөт.
Мисалы, ар бир кызыл пиксел, же төрт жашыл пикселдин орточосунан же башка алгоритм аркылуу, ошондой эле жакынкы төрт көк пиксел үчүн жашыл маанини жаратат.
Түстүн жакшы жана жаман жактары
Pros
● Сиз аны түстө көрө аласыз! Түс, өзгөчө, биологиялык же материалдык үлгүлөрдү талдоодо адамдын чечмеленишин жакшыртуучу баалуу маалыматты берет.
● RGB түстүү сүрөттөрдү тартуу монохромдук камераны колдонуп ырааттуу R, G жана B сүрөттөрүн тартууга караганда алда канча жөнөкөй
Кемчиликтери
● Толкун узундугуна жараша түстүү камералардын сезгичтиги монохромдук кесиптештерине салыштырмалуу кескин төмөндөйт. Спектрдин кызыл жана көк бөлүгүндө, бул толкун узундуктарынан өткөн төрт пикселдик чыпкалардын бири гана болгондуктан, жарык чогултуу бул толкун узундуктарындагы эквиваленттүү монохромдук камеранын эң көп дегенде 25% түзөт. Жашыл түстө фактор 50% түзөт. Мындан тышкары, эч кандай чыпка кемчиликсиз: жогорку берүү 100% дан аз болот жана так толкун узундугуна жараша бир топ төмөн болушу мүмкүн.
● Майда деталдардын чечилиши да начарлайт, анткени үлгү алуу көрсөткүчтөрү ушул эле факторлор менен төмөндөйт (R, B үчүн 25% жана G үчүн 50% чейин). Кызыл түстөгү пикселдердин 4 пикселден 1и гана кызыл жарыкты кармаган учурда, резолюцияны эсептөө үчүн эффективдүү пиксел өлчөмү ар бир өлчөмдө 2 эсе чоңураак.
● Түстүү камералар дайыма инфракызыл (IR) чыпканы камтыйт. Бул кремний камераларынын адамдын көзүнө көрүнбөгөн 700нмден 1100нмге чейинки кээ бир IR толкун узундуктарын аныктоо жөндөмдүүлүгүнө байланыштуу. Эгерде бул IR жарыгы чыпкадан өткөрүлбөсө, ал ак баланска таасирин тийгизип, түстөрдүн так эмес чыгарылышына алып келет жана өндүрүлгөн сүрөт көзгө көрүнгөн нерсеге дал келбейт. Демек, бул IR жарыкты чыпкалоо керек, башкача айтканда, түстүү камералар бул толкун узундуктарын колдонгон сүрөт тартуу үчүн колдонулбайт.
Түстүү камералар кантип иштейт?
Кадимки түстүү камеранын кванттык эффективдүү ийри сызыгынын мисалы
ЭСКЕРТҮҮ: Кванттык эффективдүүлүктүн толкун узундугуна көз карандылыгы кызыл, көк жана жашыл чыпкасы бар пикселдер үчүн өзүнчө көрсөтүлгөн. Ошондой эле түс чыпкалары жок эле сенсордун кванттык эффективдүүлүгү көрсөтүлгөн. Түстүү чыпкаларды кошуу кванттык эффективдүүлүктү кыйла төмөндөтөт.
Илимий түстүү камеранын өзөгүн анын сүрөт сенсору түзөт, адатта аCMOS камера or sCMOS камера(илимий CMOS), Байер чыпкасы менен жабдылган. Фотонду тартуудан сүрөт чыгарууга чейинки иш процесси бир нече негизги кадамдарды камтыйт:
1. Фотонду аныктоо: Жарык линзага кирип, сенсорго тийет. Ар бир пиксел ал алып жүргөн түс чыпкасынын негизинде белгилүү бир толкун узундугуна сезгич болот.
2. Заряддын конверсиясы: Фотондор ар бир пикселдин астындагы фотодиоддо электрдик зарядды жаратат.
3. Окуу жана күчөтүү: Заряддар чыңалууга айландырылат, катардан сапка окулат жана аналогдук-санариптик өзгөрткүчтөр аркылуу санариптештирилет.
4. Түстү калыбына келтирүү: Камеранын борттук процессору же тышкы программалык камсыздоосу чыпкаланган маалыматтардан толук түстүү сүрөттү демозайкалоо алгоритмдерин колдонуп интерполяциялайт.
5. Сүрөттү оңдоо: так, ишенимдүү чыгарууну камсыз кылуу үчүн жалпак талааны оңдоо, ак баланс жана ызы-чууну азайтуу сыяктуу кийинки иштетүү кадамдары колдонулат.
Түстүү камеранын иштеши анын сенсордук технологиясынан көз каранды. Заманбап CMOS камера сенсорлору кадр ылдамдыгын жана аз ызы-чуусун сунуштайт, ал эми sCMOS сенсорлору жарыктын аз сезгичтиги жана кең динамикалык диапазон үчүн оптималдаштырылган, илимий иш үчүн абдан маанилүү. Бул негиздер түстүү жана монохромдук камераларды салыштыруу үчүн негиз түзөт.
Түстүү камералар жана монохромдук камералар: негизги айырмачылыктар
Аз жарыкта иштөө үчүн түстүү жана монохромдуу камера сүрөттөрүн салыштыруу
ЭСКЕРТҮҮ: Түстүү камера (солдо) жана монохромдук камера (оңдо) тарабынан аныкталган кызыл толкун узундугу менен флуоресценттик сүрөт, камеранын башка спецификациялары ошол эле бойдон. Түстүү сүрөт сигналдын ызы-чуу катышын жана чечүүнү кыйла төмөн көрсөтөт.
Түстүү жана монохромдук камералар көп компоненттерди бөлүшсө да, алардын аткаруудагы жана колдонуудагы айырмачылыктары олуттуу. Бул жерде тез салыштыруу:
| Өзгөчөлүк | Түстүү камера | Монохромдуу камера |
| Сенсор түрү | Байер чыпкаланган CMOS/sCMOS | Чыпкаланбаган CMOS/sCMOS |
| Жарык сезгичтиги | Төмөнкү (түс чыпкалары жарыкты жаап салгандыктан) | Жогорку (фильтрлерде жарык жок) |
| Spatial Resolution | Төмөнкү эффективдүү резолюция (демозайизация) | Толук жергиликтүү чечим |
| Идеалдуу колдонмолор | Brightfield микроскопиясы, гистология, материалдарды текшерүү | Fluorescence, аз жарык сүрөттөө, жогорку тактыктагы өлчөө |
| Түс маалыматтары | Толук RGB маалыматты тартат | Боз шкалаларды гана тартат |
Кыскасы, түстүү камералар чечмелөө же талдоо үчүн түс маанилүү болгондо эң жакшы, ал эми монохромдук камералар сезгичтик жана тактык үчүн идеалдуу.
Илимий колдонмолордо Excel түстүү камералары кайда
Чектөөлөрүнө карабастан, түстүү камералар түстүү айырмачылык маанилүү болгон көптөгөн адистештирилген аймактарда жакшыраак иштешет. Төмөндө алар жаркырап турган бир нече мисалдар келтирилген:
Жашоо илимдери жана микроскопия
Түстүү камералар көбүнчө жарык микроскопияда, айрыкча гистологиялык анализде колдонулат. H&E же Грам менен боёо сыяктуу боёо ыкмалары түскө негизделген контрастты жаратат, аны RGB сүрөттөө менен гана чечмелесе болот. Окутуучу лабораториялар жана патология бөлүмдөрү окутуу же диагностикалык колдонуу үчүн биологиялык үлгүлөрдүн реалдуу сүрөттөрүн тартуу үчүн түстүү камераларга да таянышат.
Материал таануу жана беттик анализ
Материалдарды изилдөөдө түстүү сүрөт дат басууну, кычкылданууну, каптоолорду жана материалдык чектерди аныктоо үчүн баалуу. Түстүү камералар беттин жасалгасындагы майда вариацияларды же монохромдук сүрөткө тартуу байкабай калышы мүмкүн болгон кемчиликтерди аныктоого жардам берет. Мисалы, композиттик материалдарды же басма схемаларды баалоо көбүнчө түстөрдүн так чагылдырылышын талап кылат.
Машиналарды көрүү жана автоматташтыруу
Автоматташтырылган текшерүү системаларында түстүү камералар объекттерди сорттоо, кемчиликтерди аныктоо жана маркировкалоону текшерүү үчүн колдонулат. Алар машина көрүү алгоритмдерине түстүү сигналдардын негизинде бөлүктөрдү же буюмдарды классификациялоого мүмкүндүк берип, өндүрүштө автоматташтыруу тактыгын жогорулатат.
Билим берүү, Документтөө жана Аутрич
Илимий мекемелер көбүнчө басылмалар, гранттык сунуштар жана түшүндүрүү иштери үчүн жогорку сапаттагы түстүү сүрөттөрдү талап кылышат. Түстүү сүрөт илимий маалыматтардын интуитивдик жана визуалдык тартууну камсыз кылат, айрыкча дисциплиналар аралык байланыш же коомдук катышуу үчүн.
Акыркы ойлор
Түстүү илимий камералар түстөрдү дифференциациялоо маанилүү болгон заманбап сүрөттөө процесстеринде маанилүү ролду ойнойт. Алар монохромдук камераларга сезгичтиги же чийки резолюциясы боюнча дал келбесе да, алардын табигый, чечмеленүүчү сүрөттөрдү жеткирүү жөндөмү аларды жашоо илимдеринен баштап өнөр жай инспекциясына чейинки тармактарда алмаштыргыс кылат.
Түстүү жана монохромду тандоодо, сүрөт тартуу максаттарыңызды эске алыңыз. Эгер колдонмоңуз жарыктын аз иштөөсүн, жогорку сезгичтикти же флуоресценцияны аныктоону талап кылса, монохромдуу илимий камера сиздин эң жакшы вариантыңыз болушу мүмкүн. Бирок жаркыраган талаада сүрөттөө, материалды талдоо же түстүү коддуу маалыматты камтыган кандайдыр бир тапшырма үчүн түстүү чечим идеалдуу болушу мүмкүн.
Илимий изилдөөлөр үчүн өркүндөтүлгөн түстүү сүрөттөө системаларын изилдөө үчүн, биздин муктаждыктарыңызга ылайыкташтырылган жогорку өндүрүмдүүлүктөгү CMOS камераларынын жана sCMOS моделдеринин толук линиясын карап чыгыңыз.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бардык укуктар корголгон. Шилтеме бергенде булакты ырастаңыз:www.tucsen.com
