२५/०८/१२जरी ग्राहक कॅमेरा बाजारपेठेत रंगीत कॅमेरे वर्चस्व गाजवत असले तरी, वैज्ञानिक इमेजिंगमध्ये मोनोक्रोम कॅमेरे अधिक सामान्य आहेत.
कॅमेरा सेन्सर्स मूळतः ते गोळा करत असलेल्या प्रकाशाचा रंग किंवा तरंगलांबी ओळखण्यास सक्षम नसतात. रंगीत प्रतिमा मिळविण्यासाठी संवेदनशीलता आणि स्थानिक नमुन्यात अनेक तडजोड करावी लागते. तथापि, पॅथॉलॉजी, हिस्टोलॉजी किंवा काही औद्योगिक तपासणीसारख्या अनेक इमेजिंग अनुप्रयोगांमध्ये, रंग माहिती आवश्यक असते, म्हणून रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरे अजूनही सामान्य आहेत.
हा लेख रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरे कोणते आहेत, ते कसे कार्य करतात, त्यांची ताकद आणि मर्यादा आणि वैज्ञानिक अनुप्रयोगांमध्ये ते त्यांच्या मोनोक्रोम समकक्षांपेक्षा कुठे मागे टाकतात याचा शोध घेतो.
रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरे म्हणजे काय?
रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरा हे एक विशेष इमेजिंग उपकरण आहे जे उच्च निष्ठा, अचूकता आणि सुसंगततेसह RGB रंग माहिती कॅप्चर करते. व्हिज्युअल अपीलला प्राधान्य देणाऱ्या ग्राहक-श्रेणीच्या रंगीत कॅमेऱ्यांपेक्षा वेगळे, वैज्ञानिक रंगीत कॅमेरे परिमाणात्मक इमेजिंगसाठी डिझाइन केलेले आहेत जिथे रंग अचूकता, सेन्सर रेषीयता आणि गतिमान श्रेणी महत्त्वपूर्ण असतात.
हे कॅमेरे ब्राइटफील्ड मायक्रोस्कोपी, हिस्टोलॉजी, मटेरियल विश्लेषण आणि मशीन व्हिजन टास्क सारख्या अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरले जातात जिथे दृश्य व्याख्या किंवा रंग-आधारित वर्गीकरण आवश्यक असते. बहुतेक रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरे CMOS किंवा sCMOS सेन्सर्सवर आधारित असतात, जे वैज्ञानिक आणि औद्योगिक संशोधनाच्या कठोर मागण्या पूर्ण करण्यासाठी डिझाइन केलेले असतात.
वेगवेगळ्या इमेजिंग सिस्टीम्सचा सखोल अभ्यास करण्यासाठी, आमच्या उच्च-कार्यक्षमतेच्या निवडीचा शोध घ्यावैज्ञानिक कॅमेराव्यावसायिक अनुप्रयोगांसाठी तयार केलेले मॉडेल.
रंग साध्य करणे: बायर फिल्टर
पारंपारिकपणे, कॅमेऱ्यांमध्ये रंग ओळखणे हे मॉनिटर्स आणि स्क्रीनवर रंग पुनरुत्पादनाप्रमाणेच साध्य केले जाते: जवळच्या लाल, हिरव्या आणि निळ्या पिक्सेलचे पूर्ण-रंगीत 'सुपरपिक्सेल' मध्ये संयोजन करून. जेव्हा R, G आणि B चॅनेल त्यांच्या कमाल मूल्यावर असतात, तेव्हा एक पांढरा पिक्सेल दिसतो.
सिलिकॉन कॅमेरे येणाऱ्या फोटॉनची तरंगलांबी शोधू शकत नसल्यामुळे, प्रत्येक R, G किंवा B तरंगलांबी चॅनेलचे पृथक्करण फिल्टरिंगद्वारे साध्य केले पाहिजे.
लाल पिक्सेलमध्ये, स्पेक्ट्रमच्या लाल भागाव्यतिरिक्त सर्व तरंगलांबी ब्लॉक करण्यासाठी पिक्सेलवर एक स्वतंत्र फिल्टर ठेवला जातो आणि त्याचप्रमाणे निळ्या आणि हिरव्या रंगासाठी देखील. तथापि, तीन रंग चॅनेल असूनही दोन आयामांमध्ये चौरस टाइलिंग साध्य करण्यासाठी, आकृतीमध्ये दाखवल्याप्रमाणे, एक लाल, एक निळा आणि दोन हिरवा पिक्सेलपासून एक सुपरपिक्सेल तयार केला जातो.
रंगीत कॅमेऱ्यांसाठी बायर फिल्टर लेआउट
टीप: बायर फिल्टर लेआउट वापरून रंगीत कॅमेऱ्यांसाठी वैयक्तिक पिक्सेलमध्ये जोडलेल्या रंगीत फिल्टर्सचा लेआउट, हिरव्या, लाल, निळ्या, हिरव्या पिक्सेलच्या पुनरावृत्ती केलेल्या चौरस 4-पिक्सेल युनिट्सचा वापर करून. 4-पिक्सेल युनिटमधील ऑर्डर भिन्न असू शकते.
हिरव्या पिक्सेलला प्राधान्य दिले जाते कारण बहुतेक प्रकाश स्रोत (सूर्यापासून पांढऱ्या एलईडीपर्यंत) स्पेक्ट्रमच्या हिरव्या भागात त्यांची कमाल तीव्रता प्रदर्शित करतात आणि प्रकाश शोधक (सिलिकॉन-आधारित कॅमेरा सेन्सर्सपासून आपल्या डोळ्यांपर्यंत) सामान्यतः हिरव्या रंगात संवेदनशीलतेची शिखरावर असतात.
तथापि, प्रतिमा विश्लेषण आणि प्रदर्शनाच्या बाबतीत, प्रतिमा सहसा वापरकर्त्याला फक्त त्यांचे R, G किंवा B मूल्य प्रदर्शित करणाऱ्या पिक्सेलसह वितरित केल्या जात नाहीत. कॅमेऱ्याच्या प्रत्येक पिक्सेलसाठी 'डीबेअरिंग' नावाच्या प्रक्रियेत, जवळच्या पिक्सेलच्या मूल्यांचे इंटरपोलेट करून, 3-चॅनेल RGB मूल्य तयार केले जाते.
उदाहरणार्थ, प्रत्येक लाल पिक्सेल जवळच्या चार हिरव्या पिक्सेलच्या सरासरीवरून किंवा इतर कोणत्याही अल्गोरिथमद्वारे हिरवे मूल्य निर्माण करेल, आणि त्याचप्रमाणे जवळच्या चार निळ्या पिक्सेलसाठी.
रंगाचे फायदे आणि तोटे
फायदे
● तुम्ही ते रंगात पाहू शकता! रंग मौल्यवान माहिती देतो जी मानवी अर्थ लावण्यास मदत करते, विशेषतः जैविक किंवा भौतिक नमुन्यांचे विश्लेषण करताना.
● मोनोक्रोम कॅमेरा वापरून क्रमिक R, G आणि B प्रतिमा घेण्यापेक्षा RGB रंगीत प्रतिमा कॅप्चर करणे खूप सोपे आहे.
बाधक
● रंगीत कॅमेऱ्यांची संवेदनशीलता त्यांच्या मोनोक्रोम समकक्षांच्या तुलनेत तरंगलांबीवर अवलंबून खूपच कमी होते. स्पेक्ट्रमच्या लाल आणि निळ्या भागात, या तरंगलांबी ओलांडणाऱ्या चार पिक्सेल फिल्टरपैकी फक्त एकच असल्याने, या तरंगलांबींमधील समतुल्य मोनोक्रोम कॅमेऱ्याच्या प्रकाश संकलनापेक्षा प्रकाश संकलन जास्तीत जास्त २५% असते. हिरव्या रंगात, हा घटक ५०% असतो. याव्यतिरिक्त, कोणताही फिल्टर परिपूर्ण नसतो: पीक ट्रान्समिशन १००% पेक्षा कमी असेल आणि अचूक तरंगलांबीनुसार ते खूपच कमी असू शकते.
● सूक्ष्म तपशीलांचे रिझोल्यूशन देखील खराब होते, कारण सॅम्पलिंग दर याच घटकांमुळे कमी होतात (R, B साठी 25% आणि G साठी 50% पर्यंत). लाल पिक्सेलच्या बाबतीत, फक्त 4 पैकी 1 पिक्सेल लाल प्रकाश कॅप्चर करतो, रिझोल्यूशन मोजण्यासाठी प्रभावी पिक्सेल आकार प्रत्येक परिमाणात 2x मोठा असतो.
● रंगीत कॅमेऱ्यांमध्ये नेहमीच इन्फ्रारेड (IR) फिल्टर देखील असतो. हे सिलिकॉन कॅमेऱ्यांच्या क्षमतेमुळे आहे जे मानवी डोळ्यांना अदृश्य असलेल्या काही IR तरंगलांबी, 700nm ते सुमारे 1100nm पर्यंत शोधू शकते. जर हा IR प्रकाश फिल्टर केला गेला नाही, तर त्याचा परिणाम पांढर्‍या संतुलनावर होईल, परिणामी चुकीचे रंग पुनरुत्पादन होईल आणि तयार केलेली प्रतिमा डोळ्यांनी दिसणाऱ्याशी जुळणार नाही. म्हणून, हा IR प्रकाश फिल्टर केला पाहिजे, म्हणजे रंगीत कॅमेरे इमेजिंग अनुप्रयोगांसाठी वापरले जाऊ शकत नाहीत, जे या तरंगलांबींचा वापर करतात.
रंगीत कॅमेरे कसे काम करतात?
ठराविक रंगीत कॅमेरा क्वांटम कार्यक्षमता वक्रचे उदाहरण
टीप: लाल, निळा आणि हिरवा फिल्टर असलेल्या पिक्सेलसाठी क्वांटम कार्यक्षमतेचे तरंगलांबी अवलंबित्व स्वतंत्रपणे दाखवले आहे. रंग फिल्टरशिवाय त्याच सेन्सरची क्वांटम कार्यक्षमता देखील दाखवली आहे. रंग फिल्टर जोडल्याने क्वांटम कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या कमी होते.
वैज्ञानिक रंगीत कॅमेऱ्याचा गाभा म्हणजे त्याचा इमेज सेन्सर, सामान्यतः एकCMOS कॅमेरा or sCMOS कॅमेरा(वैज्ञानिक CMOS), बायर फिल्टरसह सुसज्ज. फोटॉन कॅप्चरपासून इमेज आउटपुटपर्यंतच्या वर्कफ्लोमध्ये अनेक प्रमुख पायऱ्यांचा समावेश आहे:
१. फोटॉन डिटेक्शन: प्रकाश लेन्समध्ये प्रवेश करतो आणि सेन्सरवर आदळतो. प्रत्येक पिक्सेल त्याच्याकडे असलेल्या रंग फिल्टरवर आधारित विशिष्ट तरंगलांबीला संवेदनशील असतो.
२. चार्ज रूपांतरण: फोटॉन प्रत्येक पिक्सेलच्या खाली असलेल्या फोटोडायोडमध्ये विद्युत चार्ज निर्माण करतात.
३. रीडआउट आणि अॅम्प्लिफिकेशन: चार्जेस व्होल्टेजमध्ये रूपांतरित केले जातात, एकामागून एक ओळ वाचली जातात आणि अॅनालॉग-टू-डिजिटल कन्व्हर्टरद्वारे डिजिटायझेशन केले जातात.
४. रंग पुनर्रचना: कॅमेऱ्याचा ऑनबोर्ड प्रोसेसर किंवा बाह्य सॉफ्टवेअर डेमोसेसिंग अल्गोरिदम वापरून फिल्टर केलेल्या डेटामधून पूर्ण-रंगीत प्रतिमा इंटरपोलेट करतो.
५. प्रतिमा सुधारणा: अचूक, विश्वासार्ह आउटपुट सुनिश्चित करण्यासाठी फ्लॅट-फील्ड सुधारणा, व्हाइट बॅलन्स आणि आवाज कमी करणे यासारखे पोस्ट-प्रोसेसिंग चरण लागू केले जातात.
रंगीत कॅमेऱ्याची कामगिरी त्याच्या सेन्सर तंत्रज्ञानावर मोठ्या प्रमाणात अवलंबून असते. आधुनिक CMOS कॅमेरा सेन्सर जलद फ्रेम दर आणि कमी आवाज देतात, तर sCMOS सेन्सर कमी प्रकाश संवेदनशीलता आणि विस्तृत गतिमान श्रेणीसाठी अनुकूलित केले जातात, जे वैज्ञानिक कार्यासाठी महत्वाचे आहेत. हे मूलभूत तत्व रंग आणि मोनोक्रोम कॅमेऱ्यांची तुलना करण्यासाठी पाया तयार करतात.
रंगीत कॅमेरे विरुद्ध मोनोक्रोम कॅमेरे: प्रमुख फरक
कमी प्रकाशात काम करण्यासाठी रंगीत आणि मोनोक्रोम कॅमेरा प्रतिमांची तुलना
टीप: रंगीत कॅमेरा (डावीकडे) आणि मोनोक्रोम कॅमेरा (उजवीकडे) द्वारे आढळलेली लाल तरंगलांबी उत्सर्जन असलेली फ्लोरोसेंट प्रतिमा, इतर कॅमेरा वैशिष्ट्ये समान राहिल्या आहेत. रंगीत प्रतिमा सिग्नल-टू-नॉइज रेशो आणि रिझोल्यूशन खूपच कमी दर्शवते.
रंगीत आणि मोनोक्रोम कॅमेरे दोन्हीमध्ये अनेक घटक असतात, परंतु त्यांच्या कामगिरी आणि वापराच्या बाबतीत फरक लक्षणीय आहेत. येथे एक द्रुत तुलना आहे:
| वैशिष्ट्य | रंगीत कॅमेरा | मोनोक्रोम कॅमेरा |
| सेन्सर प्रकार | बायर-फिल्टर केलेले CMOS/sCMOS | फिल्टर न केलेले CMOS/sCMOS |
| प्रकाश संवेदनशीलता | कमी (रंग फिल्टर प्रकाश रोखत असल्याने) | जास्त (फिल्टरमुळे प्रकाश वाया जात नाही) |
| अवकाशीय रिझोल्यूशन | कमी प्रभावी रिझोल्यूशन (डेमोसेसिंग) | पूर्ण मूळ रिझोल्यूशन |
| आदर्श अनुप्रयोग | ब्राइटफील्ड मायक्रोस्कोपी, हिस्टोलॉजी, मटेरियल निरीक्षण | प्रतिदीप्ति, कमी प्रकाशात इमेजिंग, उच्च-परिशुद्धता मोजमाप |
| रंग डेटा | संपूर्ण RGB माहिती कॅप्चर करते | फक्त ग्रेस्केल कॅप्चर करते |
थोडक्यात, जेव्हा अर्थ लावण्यासाठी किंवा विश्लेषणासाठी रंग महत्त्वाचा असतो तेव्हा रंगीत कॅमेरे सर्वोत्तम असतात, तर मोनोक्रोम कॅमेरे संवेदनशीलता आणि अचूकतेसाठी आदर्श असतात.
जिथे रंगीत कॅमेरे वैज्ञानिक अनुप्रयोगांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी करतात
त्यांच्या मर्यादा असूनही, रंगीत कॅमेरे अनेक विशेष क्षेत्रांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी करतात जिथे रंग वेगळे करणे महत्त्वाचे आहे. ते कुठे चमकतात याची काही उदाहरणे खाली दिली आहेत:
जीवशास्त्र आणि सूक्ष्मदर्शकशास्त्र
रंगीत कॅमेरे सामान्यतः ब्राइटफील्ड मायक्रोस्कोपीमध्ये वापरले जातात, विशेषतः हिस्टोलॉजिकल विश्लेषणात. एच अँड ई किंवा ग्रॅम स्टेनिंग सारख्या स्टेनिंग तंत्रांमुळे रंग-आधारित कॉन्ट्रास्ट तयार होतो ज्याचा अर्थ फक्त आरजीबी इमेजिंगने लावता येतो. शैक्षणिक प्रयोगशाळा आणि पॅथॉलॉजी विभाग देखील अध्यापन किंवा निदान वापरासाठी जैविक नमुन्यांच्या वास्तववादी प्रतिमा कॅप्चर करण्यासाठी रंगीत कॅमेऱ्यांवर अवलंबून असतात.
पदार्थ विज्ञान आणि पृष्ठभाग विश्लेषण
मटेरियल रिसर्चमध्ये, कलर इमेजिंग हे गंज, ऑक्सिडेशन, कोटिंग्ज आणि मटेरियल सीमा ओळखण्यासाठी मौल्यवान आहे. कलर कॅमेरे पृष्ठभागावरील फिनिशमधील सूक्ष्म फरक किंवा मोनोक्रोम इमेजिंगमध्ये चुकू शकणारे दोष शोधण्यास मदत करतात. उदाहरणार्थ, कंपोझिट मटेरियल किंवा प्रिंटेड सर्किट बोर्डचे मूल्यांकन करण्यासाठी अनेकदा अचूक रंग प्रतिनिधित्व आवश्यक असते.
मशीन व्हिजन आणि ऑटोमेशन
स्वयंचलित तपासणी प्रणालींमध्ये, रंगीत कॅमेरे वस्तूंचे वर्गीकरण, दोष शोधणे आणि लेबलिंग पडताळणीसाठी वापरले जातात. ते मशीन व्हिजन अल्गोरिदमला रंग संकेतांवर आधारित भाग किंवा उत्पादनांचे वर्गीकरण करण्याची परवानगी देतात, ज्यामुळे उत्पादनात ऑटोमेशन अचूकता वाढते.
शिक्षण, दस्तऐवजीकरण आणि पोहोच
वैज्ञानिक संस्थांना प्रकाशने, अनुदान प्रस्ताव आणि पोहोच यासाठी अनेकदा उच्च-गुणवत्तेच्या रंगीत प्रतिमांची आवश्यकता असते. रंगीत प्रतिमा वैज्ञानिक डेटाचे अधिक अंतर्ज्ञानी आणि दृश्यात्मकदृष्ट्या आकर्षक प्रतिनिधित्व प्रदान करते, विशेषतः आंतरविद्याशाखीय संप्रेषण किंवा सार्वजनिक सहभागासाठी.
अंतिम विचार
रंगीत वैज्ञानिक कॅमेरे आधुनिक इमेजिंग वर्कफ्लोमध्ये महत्त्वाची भूमिका बजावतात जिथे रंग भिन्नता महत्त्वाची असते. संवेदनशीलता किंवा कच्च्या रिझोल्यूशनमध्ये ते मोनोक्रोम कॅमेऱ्यांशी जुळत नसले तरी, नैसर्गिक, अर्थ लावता येण्याजोग्या प्रतिमा देण्याची त्यांची क्षमता त्यांना जीवन विज्ञानापासून औद्योगिक तपासणीपर्यंतच्या क्षेत्रात अपरिहार्य बनवते.
रंग आणि मोनोक्रोम यापैकी एक निवडताना, तुमच्या इमेजिंग ध्येयांचा विचार करा. जर तुमच्या अनुप्रयोगाला कमी प्रकाश कामगिरी, उच्च संवेदनशीलता किंवा फ्लोरोसेन्स शोध आवश्यक असेल, तर मोनोक्रोम वैज्ञानिक कॅमेरा हा तुमचा सर्वोत्तम पर्याय असू शकतो. परंतु ब्राइटफील्ड इमेजिंग, मटेरियल विश्लेषण किंवा रंग-कोडेड माहिती असलेल्या कोणत्याही कार्यासाठी, रंग समाधान आदर्श असू शकते.
वैज्ञानिक संशोधनासाठी प्रगत रंगीत इमेजिंग सिस्टीम एक्सप्लोर करण्यासाठी, तुमच्या गरजेनुसार तयार केलेल्या उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या CMOS कॅमेऱ्यांची आणि sCMOS मॉडेल्सची आमची संपूर्ण लाइनअप ब्राउझ करा.
टक्सन फोटोनिक्स कंपनी लिमिटेड. सर्व हक्क राखीव. उद्धृत करताना, कृपया स्त्रोताची कबुली द्या:www.tucsen.com
