25/08/12Хэрэглэгчийн камерын зах зээлд өнгөт камер ноёрхож байгаа ч шинжлэх ухааны дүрслэлд монохром камер илүү түгээмэл байдаг.
Камерын мэдрэгч нь угаасаа цуглуулсан гэрлийн өнгө, долгионы уртыг илрүүлэх чадваргүй байдаг. Өнгөт дүрсийг олж авахын тулд мэдрэмж, орон зайн түүвэрлэлтийн хэд хэдэн буултыг шаарддаг. Гэсэн хэдий ч эмгэг судлал, гистологи эсвэл үйлдвэрлэлийн зарим үзлэг гэх мэт олон зураглалын хэрэглээнд өнгөт мэдээлэл чухал байдаг тул өнгөт шинжлэх ухааны камерууд түгээмэл хэвээр байна.
Энэхүү нийтлэлд шинжлэх ухааны камер нь ямар өнгөтэй, тэдгээр нь хэрхэн ажилладаг, давуу тал, хязгаарлалтууд, шинжлэх ухааны хэрэглээнд монохромтой харьцуулахад хаана илүү сайн ажилладаг болохыг судлах болно.
Өнгөт шинжлэх ухааны камер гэж юу вэ?
Өнгөт шинжлэх ухааны камер нь RGB өнгөт мэдээллийг өндөр нарийвчлалтай, нарийвчлалтай, тогтвортой байдлаар авдаг тусгай дүрслэх төхөөрөмж юм. Харааны сэтгэл татам байдлыг эрхэмлэдэг хэрэглэгчийн чанартай өнгөт камеруудаас ялгаатай нь шинжлэх ухааны өнгөт камерууд нь өнгөний нарийвчлал, мэдрэгчийн шугаман байдал, динамик хүрээ чухал байдаг тоон дүрслэлд зориулагдсан байдаг.
Эдгээр камерууд нь тод талбарын микроскоп, гистологи, материалын шинжилгээ, харааны тайлбар эсвэл өнгөт суурилсан ангилал зайлшгүй шаардлагатай машины харааны даалгавар зэрэг хэрэглээнд өргөн хэрэглэгддэг. Ихэнх өнгөт шинжлэх ухааны камерууд нь CMOS эсвэл sCMOS мэдрэгч дээр суурилдаг бөгөөд шинжлэх ухаан, үйлдвэрлэлийн судалгааны хатуу шаардлагыг хангахад зориулагдсан байдаг.
Төрөл бүрийн дүрслэлийн системийг нарийвчлан үзэхийн тулд бидний сонгосон өндөр гүйцэтгэлтэй танилцана уушинжлэх ухааны камермэргэжлийн хэрэглээнд зориулан бүтээсэн загварууд.
Хүрэх өнгө: Байер шүүлтүүр
Уламжлал ёсоор камерын өнгө илрүүлэх нь монитор, дэлгэц дээрх өнгөний хуулбартай ижил аргаар хийгддэг: ойролцоох улаан, ногоон, цэнхэр пикселүүдийг бүрэн өнгөт "суперпиксел" болгон хослуулах замаар. R, G, B сувгууд бүгд дээд цэгтээ хүрсэн үед цагаан пиксел харагдана.
Цахиурын камер нь ирж буй фотонуудын долгионы уртыг илрүүлж чадахгүй тул R, G эсвэл B долгионы уртын суваг бүрийг шүүлтүүрээр тусгаарлах ёстой.
Улаан пикселийн хувьд спектрийн улаан хэсэгт байгаа долгионы уртаас бусад бүх долгионы уртыг блоклохын тулд тус тусдаа шүүлтүүрийг пиксел дээр байрлуулж, мөн цэнхэр, ногоон өнгийн хувьд ч мөн адил. Гэсэн хэдий ч гурван өнгөт сувагтай хэдий ч хоёр хэмжээст дөрвөлжин хавтанг бүтээхийн тулд зурагт үзүүлсэн шиг нэг улаан, нэг цэнхэр, хоёр ногоон пикселээс суперпиксел үүсгэдэг.
Өнгөт камерт зориулсан Bayer шүүлтүүрийн зохион байгуулалт
ЖИЧ: Ногоон, Улаан, Цэнхэр, Ногоон пикселийн давтагдсан дөрвөлжин 4 пикселийн нэгжийг ашиглан Bayer шүүлтүүрийн схемийг ашиглан өнгөт камерын тус бүрийн пикселд нэмсэн өнгөт шүүлтүүрийн бүдүүвч. 4 пикселийн нэгж доторх захиалга өөр байж болно.
Ихэнх гэрлийн эх үүсвэрүүд (нарнаас цагаан LED хүртэл) спектрийн ногоон хэсэгт оргил эрчимээ харуулдаг, мөн гэрлийн мэдрэгчүүд (цахиурт суурилсан камер мэдрэгчээс бидний нүд хүртэл) ихэвчлэн ногоон өнгөөр хамгийн өндөр мэдрэмжтэй байдаг тул ногоон пикселийг нэн тэргүүнд тавьдаг.
Зургийн шинжилгээ, дэлгэцийн тухай ярихад зургийг хэрэглэгчдэд зөвхөн R, G эсвэл B утгыг харуулсан пикселээр хүргэдэггүй. Ойролцоох пикселүүдийн утгыг интерполяци хийх замаар камерын пиксел бүрт 3 сувгийн RGB утгыг "debayering" гэж нэрлэдэг.
Жишээлбэл, улаан пиксел бүр нь ойролцоох дөрвөн ногоон пикселийн дунджаас эсвэл өөр алгоритмаар, мөн ойролцоох дөрвөн цэнхэр пикселийн дунджаас ногоон утгыг үүсгэдэг.
Өнгөний давуу болон сул талууд
Давуу тал
● Та үүнийг өнгөөр харж болно! Өнгө нь хүний тайлбарыг сайжруулдаг үнэ цэнэтэй мэдээллийг дамжуулдаг, ялангуяа биологийн болон материалын дээжийг шинжлэхэд.
● RGB өнгөт зураг авах нь монохром камер ашиглан дараалсан R, G, B зураг авахаас хамаагүй хялбар.
Сул талууд
● Өнгөт камерын мэдрэмж нь долгионы уртаас хамааран монохромтой харьцуулахад эрс багасдаг. Спектрийн улаан, цэнхэр хэсэгт эдгээр долгионы уртыг дамжуулдаг дөрвөн пикселийн шүүлтүүр тутмын нэг нь л гэрэл цуглуулдаг тул эдгээр долгионы урттай ижил төстэй монохром камерын гэрлийн цуглуулга хамгийн ихдээ 25% байна. Ногоон өнгөтэй бол хүчин зүйл нь 50% байна. Үүнээс гадна ямар ч шүүлтүүр төгс байдаггүй: оргил дамжуулалт нь 100% -иас бага байх ба долгионы уртаас хамаарч хамаагүй бага байж болно.
● Эдгээр хүчин зүйлсийн нөлөөгөөр түүвэрлэлтийн хурд буурч (R, B-д 25%, G-ийн хувьд 50% хүртэл) нарийн ширийн зүйлсийн нарийвчлал мууддаг. Улаан пикселийн хувьд зөвхөн 4 пикселийн 1 нь улаан гэрлийг тусгадаг бол нарийвчлалыг тооцоолох үр дүнтэй пикселийн хэмжээ хэмжээ тус бүрт 2 дахин том байна.
● Өнгөт камер нь хэт улаан туяаны (IR) шүүлтүүртэй байдаг. Энэ нь цахиурын камерууд хүний нүдэнд үл үзэгдэх зарим IR долгионы уртыг 700 нм-ээс 1100 нм хүртэл илрүүлэх чадвартай холбоотой юм. Хэрэв энэ IR гэрлийг шүүгээгүй бол энэ нь цагаан өнгийн тэнцвэрт байдалд нөлөөлж, буруу өнгө гаргах, үүссэн зураг нь нүдэнд харагдахтай таарахгүй байх болно. Тиймээс энэхүү IR гэрлийг шүүж авах ёстой бөгөөд энэ нь өнгөт камерыг эдгээр долгионы уртыг ашигладаг дүрслэлд ашиглах боломжгүй гэсэн үг юм.
Өнгөт камер хэрхэн ажилладаг вэ?
Ердийн өнгөт камерын квант үр ашгийн муруйны жишээ
ЖИЧ: Улаан, цэнхэр, ногоон шүүлтүүр бүхий пикселийн хувьд квант үр ашгийн долгионы уртаас хамаарлыг тусад нь харуулав. Мөн өнгөт шүүлтүүргүй ижил мэдрэгчийн квант үр ашгийг харуулав. Өнгөт шүүлтүүр нэмэх нь квантын үр ашгийг эрс бууруулдаг.
Шинжлэх ухааны өнгөт камерын гол цөм нь түүний дүрс мэдрэгч бөгөөд ихэвчлэн aCMOS камер or sCMOS камер(шинжлэх ухааны CMOS), Bayer шүүлтүүрээр тоноглогдсон. Фотон авахаас эхлээд зургийн гаралт хүртэлх ажлын урсгал нь хэд хэдэн үндсэн алхмуудыг агуулна.
1. Фотон илрүүлэх: Гэрэл линз рүү орж мэдрэгчийг цохино. Пиксел бүр нь өнгөний шүүлтүүр дээр үндэслэн тодорхой долгионы уртад мэдрэмтгий байдаг.
2. Цэнэг хувиргах: Фотонууд нь пиксел бүрийн доор байрлах фотодиод дотор цахилгаан цэнэгийг үүсгэдэг.
3. Унших & Олшруулах: Цэнэгүүдийг хүчдэл болгон хувиргаж, мөр мөрөөр уншиж, аналог-тоон хувиргагчаар дижиталчилдаг.
4. Өнгөний сэргээн засварлалт: Камерын үндсэн процессор эсвэл гадаад программ нь шүүсэн өгөгдлөөс бүрэн өнгөт зургийг задлах алгоритмуудыг ашиглан интерполяци хийдэг.
5. Зургийн засвар: Зөв, найдвартай гаралтыг хангахын тулд хавтгай талбайн засвар, цагаан өнгийн тэнцвэр, дуу чимээг багасгах зэрэг боловсруулалтын дараах алхмуудыг хэрэгжүүлдэг.
Өнгөт камерын гүйцэтгэл нь мэдрэгчийн технологиос ихээхэн хамаардаг. Орчин үеийн CMOS камер мэдрэгчүүд нь хурдан фрэймийн хурд, дуу чимээ багатай байдаг бол sCMOS мэдрэгчүүд нь бага гэрлийн мэдрэмж, өргөн динамик мужид зориулагдсан бөгөөд шинжлэх ухааны ажилд нэн чухал юм. Эдгээр суурь нь өнгөт болон монохром камеруудыг харьцуулах үе шатыг бий болгодог.
Өнгөт камер ба монохром камер: Гол ялгаа
Гэрэл багатай ажилд зориулсан өнгөт болон монохром камерын зургийг харьцуулах
ЖИЧ: Өнгөт камер (зүүн) болон монохром камераар (баруун талд) илрүүлсэн улаан долгионы цацраг бүхий флюресцент дүрс, камерын бусад үзүүлэлтүүд ижил хэвээр байна. Өнгөт зураг нь дохио-дуу чимээний харьцаа, нягтралыг мэдэгдэхүйц бага харуулж байна.
Өнгөт болон монохром камер хоёулаа олон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хуваалцдаг ч гүйцэтгэл, ашиглалтын хувьд ялгаатай байдаг. Энд хурдан харьцуулалт байна:
| Онцлог | Өнгөт камер | Монохром камер |
| Мэдрэгчийн төрөл | Байер шүүлтүүртэй CMOS/sCMOS | Шүүгдээгүй CMOS/sCMOS |
| Гэрэл мэдрэмтгий байдал | Доод (өнгөт шүүлтүүр гэрлийг хааж байгаа тул) | Илүү өндөр (шүүлтүүрт гэрэл алдагдахгүй) |
| Орон зайн нарийвчлал | Бага үр дүнтэй нягтрал (demosaicing) | Бүрэн эх нягтрал |
| Хамгийн тохиромжтой програмууд | Brightfield микроскоп, гистологи, материалын үзлэг | Флюресцент, гэрэл багатай дүрслэл, өндөр нарийвчлалтай хэмжилт |
| Өнгөний өгөгдөл | RGB мэдээллийг бүрэн хэмжээгээр авдаг | Зөвхөн саарал өнгийн зураг авдаг |
Товчхондоо, өнгөт камер нь тайлбар эсвэл дүн шинжилгээ хийхэд өнгө чухал байдаг бол монохром камер нь мэдрэмж, нарийвчлалын хувьд хамгийн тохиромжтой байдаг.
Шинжлэх ухааны хэрэглээнд Excel-ийн өнгөт камер хаана байна
Хязгаарлагдмал байдлаас үл хамааран өнгөт камер нь өнгөний ялгаа нь чухал байдаг олон төрөлжсөн салбарт илүү сайн ажилладаг. Тэд хаана гэрэлтдэг тухай цөөн хэдэн жишээг доор харуулав.
Амьдралын шинжлэх ухаан ба микроскопи
Өнгөт камерыг тод талбайн микроскопод, ялангуяа гистологийн шинжилгээнд ихэвчлэн ашигладаг. H&E эсвэл Gram будалт зэрэг будах арга нь өнгөт суурилсан тодосгогчийг бий болгодог бөгөөд үүнийг зөвхөн RGB дүрслэлээр тайлбарлах боломжтой. Боловсролын лаборатори, эмгэг судлалын тэнхимүүд нь биологийн сорьцын бодит зургийг заах эсвэл оношлоход ашиглахын тулд өнгөт камерт тулгуурладаг.
Материалын шинжлэх ухаан ба гадаргуугийн шинжилгээ
Материалын судалгаанд өнгөт дүрслэл нь зэврэлт, исэлдэлт, бүрхүүл, материалын хил хязгаарыг тодорхойлоход чухал ач холбогдолтой. Өнгөт камер нь гадаргуугийн өнгөлгөөний нарийн өөрчлөлт эсвэл монохром дүрслэлд алдаа гаргаж болзошгүй согогийг илрүүлэхэд тусалдаг. Жишээлбэл, нийлмэл материал эсвэл хэвлэмэл хэлхээний хавтанг үнэлэх нь ихэвчлэн өнгөт дүрслэлийг үнэн зөв дүрслэхийг шаарддаг.
Машины хараа ба автоматжуулалт
Хяналтын автоматжуулсан системд өнгөт камерыг объект ангилах, согог илрүүлэх, шошгыг баталгаажуулахад ашигладаг. Эдгээр нь машины харааны алгоритмуудад өнгөт дохионд үндэслэн эд анги, бүтээгдэхүүнийг ангилах боломжийг олгож, үйлдвэрлэлийн автоматжуулалтын нарийвчлалыг сайжруулдаг.
Боловсрол, Баримтжуулалт, Түгээмэл мэдээлэл
Шинжлэх ухааны байгууллагууд хэвлэл, буцалтгүй тусламжийн санал, сурталчилгаанд зориулж өндөр чанартай өнгөт зураг шаарддаг. Өнгөт зураг нь шинжлэх ухааны өгөгдлүүдийг, ялангуяа салбар хоорондын харилцаа холбоо эсвэл олон нийтийн оролцоонд илүү ойлгомжтой, нүдээр харуулах боломжийг олгодог.
Эцсийн бодол
Өнгөт шинжлэх ухааны камер нь өнгөний ялгаа чухал байдаг орчин үеийн дүрслэлийн ажлын урсгалд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Мэдрэмж, нягтралаараа монохром камертай таарахгүй байж болох ч байгалийн, тайлбарлах боломжтой зургуудыг хүргэх чадвар нь тэдгээрийг амьдралын шинжлэх ухаанаас эхлээд үйлдвэрлэлийн хяналт хүртэл зайлшгүй шаардлагатай болгодог.
Өнгө ба монохромыг сонгохдоо зургийн зорилгоо анхаарч үзээрэй. Хэрэв таны хэрэглээ бага гэрлийн гүйцэтгэл, өндөр мэдрэмж эсвэл флюресценц илрүүлэх шаардлагатай бол монохром шинжлэх ухааны камер нь таны хамгийн сайн сонголт байж магадгүй юм. Гэхдээ тод талбайн дүрслэл, материалын шинжилгээ эсвэл өнгөт кодтой мэдээлэлтэй холбоотой аливаа ажилд өнгөт шийдэл тохиромжтой байж болно.
Шинжлэх ухааны судалгаанд зориулсан өнгөт дүрслэлийн дэвшилтэт системийг судлахын тулд өндөр хүчин чадалтай CMOS камерууд болон таны хэрэгцээнд нийцсэн sCMOS загваруудын бүрэн жагсаалтыг үзээрэй.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
