眾所周知，現(xiàn)代生物醫(yī)學成像的進步幫助醫(yī)生在診斷和治療上取得越來越大的突破，X光、計算機輔助斷層攝影（computer aided tomographic，CT）、磁共振成像、核與超聲波成像，生物醫(yī)學成像技術(shù)越來越精細。因此，研究和診斷生物醫(yī)學應用通常需要成像儀具備較高的空間分辨率、準確的色彩還原度以及弱光條件下較高的靈敏度，而且許多情況需要同時具備這三種因素，才能提高數(shù)據(jù)的可靠性。

選擇醫(yī)學成像相機要考慮的因素

選擇合適的顯微鏡學相機、組織學相機、細胞學/細胞遺傳學相機、落射熒光相機，對于臨床應用進行正確診斷或在研究工作過程中提供可靠數(shù)據(jù)具有至關(guān)重要的作用。那么要如何判斷機器視覺相機是否適合您的應用呢？你需要考慮這些因素：

1、分辨率與色彩精度

現(xiàn)代生物醫(yī)學成像相機所需的分辨率取決于樣品中目標結(jié)構(gòu)相對于相機像素大小的放大率，也就是說，顯微鏡應用的高分辨率可以通過2MP、25MP或介于這兩者之間的相機來實現(xiàn)。它取決于光學元件對樣品中目標結(jié)構(gòu)進行的相對于相機像素大小的放大率，為了選出能實現(xiàn)所需分辨率的最佳相機，首先要確定待解析樣本中最小結(jié)構(gòu)的尺寸，然后將其乘以光學系統(tǒng)中的鏡頭放大率，從而得出投射到相機傳感器上的結(jié)構(gòu)尺寸。

如果結(jié)構(gòu)的尺寸至少是相機傳感器上像素的2.33（Nyquist）倍，那么相機可以解析此機構(gòu)。例如，如果這些投射的結(jié)構(gòu)尺寸是~8um，那么3.45um像素的相機可以解析這些結(jié)構(gòu)。測量分辨率還可以用其他方法（如線對數(shù)），但上述方法可以通過簡單計算，找到用于測試的最佳相機的選項。

組織學、細胞學和細胞遺傳學等成像應用使用較大范圍的白光（~400nm至700nm），或使用此范圍內(nèi)的選定波長（例如565nm）。如果這批樣品中的樣本不是活動的（即固定的），則可以暴露于亮光下，不會有污漬褪色或樣品被殺死的風險。這種情況下，相機的主要要求是高分辨率和色彩還原度。反過來說，弱光靈敏度不是一個重要因素。

2、靈敏度、量子效率及動態(tài)范圍

對于活體樣本的成像應用，面臨的挑戰(zhàn)是避免樣本在太強光線下過度曝光，否則會使熒光分子褪色或殺死樣本。這些應用通常使用一種稱為落射熒光技術(shù)，落射熒光技術(shù)可用于固定樣本和活體樣本。有的標本很難獲得或價格昂貴，而且制作樣本的材料和人工費用很高。因此，能保護樣品質(zhì)量的系統(tǒng)有助于降低這些成像應用的持續(xù)成本。

落射熒光使用經(jīng)過過濾的高能量波長，以刺激樣品發(fā)出低能量波長。低能量波長再經(jīng)過過濾返回相機。這種情況下，可以對樣品使用強度較小的破壞性光，因此其最大的要求是靈敏度。即便發(fā)射光能量較低，具有出色靈敏度的相機也可以提供高質(zhì)量的圖像。

如需查找具備出色靈敏度、在弱光條件下性能良好的型號，您可以側(cè)重于以下三種技術(shù)規(guī)格：絕對靈敏度、量子效率以及動態(tài)范圍。絕對靈敏度是得到與傳感器所觀測噪聲等效的信號所需的光子數(shù)，數(shù)值越小越好。量子效率是指給定波長下轉(zhuǎn)化為電子的光子——值越高越好。動態(tài)范圍是信號與噪聲（包括顳暗噪聲）的比值，顳暗噪聲是指無信號時傳感器內(nèi)的噪聲，動態(tài)范圍值越高越好。通常單色型號的弱光性能優(yōu)于彩色型號。

3、因素綜合

對于同時使用白光和落射熒光的應用，可以選擇FLIR配備Sony全新轉(zhuǎn)換增益功能的相機型號，此功能可以優(yōu)化傳感器，實現(xiàn)高靈敏度或高飽和容量。弱光環(huán)境首選較高的轉(zhuǎn)換增益，因為在此條件下，讀取噪聲被更大程度地弱化，從而產(chǎn)生較低的絕對靈敏度閾值，非常適合在短時曝光下檢測弱信號。強光條件下飽和容量得到了最大化，獲得的動態(tài)范圍得以增強，因此稍低的轉(zhuǎn)換增益是這種情況的理想選擇，最大動態(tài)范圍將受限于12位 ADC。

挑選合適的機器視覺相機

在選擇相機時，較新的CMOS傳感器是個很好的出發(fā)點。較新的傳感器通常性能更好（價格可能還更低）另外，如果針對的應用程序需要在幾年內(nèi)購買多個相機（如持續(xù)生產(chǎn)診斷儀器），那么就要選擇生命周期不會很快結(jié)束的相機，否則您可能要承受提前設計替換相機的成本費用。

FLIR生產(chǎn)的機器視覺相機型號有200多種，廣泛應用于采用最新CMOS傳感器的三大系列：Blackfly S、Oryx 和 Firefly。

1、FLIR Blackfly S

FLIR Blackfly S系列相機的傳感器、外形尺寸及接口最為廣泛。這些相機提供USB3和GigE兩種型號，功能廣泛，設計初期易于整合。板級Blackfly S型號是全功能盒裝產(chǎn)品的微型版本，特別適合空間受限和嵌入式的應用，其功能廣泛，性價比高，分辨率最高可達24MP，是生物醫(yī)學和生命科學應用的首選。

2、FLIR Oryx10 GigE

FLIR Oryx相機系列擁有適配最快10GigE接口的高分辨率傳感器，能夠以60FPS的速度捕捉4K分辨率、12位的圖像。Oryx的10GBASE-T接口是經(jīng)過驗證且廣泛部署的標準，能夠在線纜長度超過50米的經(jīng)濟實惠的CAT6A上或者長度超過30米的CAT5e上提供可靠的圖像傳輸。

3、FLIR Firefly DL

FLIR Firefly相機系列的外殼尺寸嬌小、重量輕、功耗低且價格實惠。Firefly DL型號還能夠運行已經(jīng)過訓練的神經(jīng)網(wǎng)絡，可用于物體檢測或分類。

所有FLIR機器視覺彩色相機都可以通過不同的白平衡選項的形式自定義色彩還原，并使用特殊色彩校正矩陣，這對于生物醫(yī)學成像非常重要，醫(yī)學成像中，色彩準確度的涵義不同，這取決于人類對診斷的視覺分析以及實現(xiàn)數(shù)據(jù)準確性的機器可讀格式之間的對比。另外，F(xiàn)LIR 機器視覺Blackfly S、Oryx 和Firefly相機系列可通過GenICam3及 Spinnaker SDK進行控制和編程，它們自一開始設計時就以輕松開發(fā)與部署為理念時，確保我們能更快進行應用開發(fā)和測試。

責任編輯：lq6