STI Innowacyjne Technologie Laboratoryjne Choose the language:
English Version  Wersja polska
WYSZUKAJ
  Homepage » Catalog » Gel Documentation Systems
Submit to our newsletter:

Submit
  • Dostawcy
Categories

Parametry systemów rejestracji obrazów

System rejestracji obrazów składa się z:

  • Komory zaciemnionej
  • Systemu oświetlenia
  • Stołu z podświetleniem
  • Kamery rejestrującej obrazy
  • Systemu chłodzącego kamerę
  • Komputera sterującego
  • Oprogramowania sterującego kamerą, systemem chłodzenia i rejestracją obrazów
  • Oprogramowania do analizy obrazów

Kluczowym elementem całego systemu rejestracji obrazów jest kamera CCD.

 

Budowa kamery CDD

Podstawowym elementem kamery CCD jest matryca składająca się z czujników półprzewodnikowych czułych na fotony. Każdy taki czujnik (piksel) posiada cześć aktywną, zbierającą fotony oraz zamieniającą fotony w sygnał elektryczny. Część aktywna piksela nie zajmuje całej jego powierzchni przez co część fotonów nie trafia na nią jeśli nie jest zastosowana dodatkowa optyka, tzw. mikrosoczewka.

 

Na jakość obrazów rejestrowanych prze kamerę ma wpływ szereg parametrów określających zakres dynamiczny kamery. Parametry kamery rejestrującej obrazy to między innymi.

  • Rozdzielczość oraz wielkość matrycy CCD
  • Pojemność dołka piksela
  • Efektywność kwantowa
  • Głębia kolorów
  • Efektywność kwantowa
  • Mikro soczewki
  • Łączenie pikseli
  • Błędy i szumy
  • Głębia kolorów i przetwornik analogowo-cyfrowy

 

Rozdzielczość oraz wielkość matrycy CCD

Najmniejszym elementem matrycy CCD jest tzw. piksel.

Rozdzielczość określona jest przez liczbie punktów (pikseli) matrycy CCD. Przedstawiona jest w postaci dwóch liczb – liczby punktów w pionie i w poziomie. Iloczyn obydwu tych liczb również wyraża rozdzielczość kamery milionach pikseli (M pixel lub Megapixel). Innym często wykorzystywanym parametrem matrycy jest długość przekątnej podawana w calach, np. ½”, 1/3”, 2/3”, 1”.

Zwiększanie liczby pikseli przy danej wielkości matrycy skutkuje zwiększeniem rozdzielczości. Zwieszanie liczny pikseli przy stałej wielkości piksela powoduje zwiększaniem wielkości matryc.

Zakładając wykorzystanie odpowiedniej optyki rozdzielczość rejestrowanego obrazu zależna jest od rozdzielczości zastosowanej matrycy CCD.

Nie bez znaczenia pozostaje wielkość pojedynczego piksela, ponieważ zależy od niej tzw. zakres dynamiczny matrycy. Wielkość piksela podawana jest mikro metrach.

 

Pojemność dołka piksela

Pojemność dołka piksela określa liczbę elektronów, które mogą być przechowywane przez dołek piksela. Pojemność dołka wyrażona jest w elektronach i ma znaczący wpływ na zakres dynamiczny matrycy.

 

Efektywność kwantowa

Efektywność kwantowa (Quantum Efficiency) charakteryzuje zdolność matrycy do zamiany fotonów padających na cześć czynna piksela na elektrony będące sygnałem elektrycznym. Efektywność kwantowa wyrażana jest w procentach liczby padających fotonów do liczny uzyskanych elektronów i dla danej matrycy jest stała. Efektywność kwantowa może być różna dla różnych długości fali.

Ponieważ efektywność kwantowa jest ilością światła zamienianą na sygnał elektryczny bardzo ważne jest dobranie właściwej optyki pozwalającej na dostarczenie maksymalnej ilości światła do matrycy.

Do tego celu stosuje się między innymi mokrosoczewki.

 

Mikro soczewki

Zadaniem mikro soczewek jest skierowanie fotonów padających na matrycę CCD bezpośrednio na część czynną każdego z pikseli. Fotony padające na soczewki szklane lub polimerowe dzięki zjawisku ugięcia podczas przechodzenia przez dwa różne ośrodki kierowane są tylko na część piksela zdolną do zamiany fotonu na elektron.

Dzięki zastosowaniu mikro soczewek uzyskuje się znaczące zwiększenie przechwytywanych fotonów.

 

Łączenie pikseli

Czułość piksela jest proporcjonalna do jego wielkości geometrycznej. Zatem dzięki zwieszenie wielkości piksela można uzyskać większą czułość a jednocześnie zmniejszyć wymagany czas ekspozycji. Poprzez połączenie np. czterech pikseli w jedne piksel uzyskuje się czterokrotne zwiększenie czułości matrycy CCD.

Jednak stosując taki zabieg zmniejsza się równocześnie rozdzielczość matrycy.

Do celów publikacji naukowych zalecane jest stosowanie kamer wyposażonych w matryce wyższej rozdzielczości.

Możliwość łączenia pikseli w jeden ma szczególne znaczenie podczas pracy z zastosowaniem chemiluminescencji gdzie wymagany jest długi czas ekspozycji.

Możliwość doboru czułości i rozdzielczości ułatwia znacząco pracę pozwalając na optymalne dostosowanie jakości obrazu i czasu jego uzyskania.

 

Błędy i szumy

Zakres dynamiczny kamery charakteryzowany jest przez stosunek sygnału do szumu. Szumem nazywamy każdy niepożądany sygnał występujący w układzie elektronicznym. Dla systemów gdzie wymagany jest precyzyjny pomiar wymagane jest uzyskanie wysokiego stosunku sygnału do szumu. W przypadku systemów mamy do czynienia ze źródłami szumów, które mogą lub nie mogą być zniwelowane.

Szumy, które mogą być w systemie zredukowane to szum związany z odczytem napięcia z matrycy CCD oraz tzw. czarny szum.

W przypadku szumu związanego z odczytem napięcia producenci podają jego minimalną wartość, która specyfikuje, na jakim poziomie możemy odczytać sygnał.

Czarny szum związany jest z ruchem elektronów spowodowanym przez temperaturę. Kamera nie potrafi rozróżnić, które elektrony są wynikiem padających fotonów a które powstały w wyniku działania temperatury. W celu zmniejszenia zakłóceń spowodowanych czarnym szumem stosuje się chłodzenie kamer. Ochłodzenie kamery o każde 6 st. C powoduje zmniejszenie szumu o ok. połowę. Zadowalające rezultaty daje zastosowanie chłodzenia do temperatury ok. -25 st. C. Jednak całkowite wyeliminowanie szumu związanego z temperaturą nie jest możliwe.

 

Głębia kolorów i przetwornik analogowo-cyfrowy

Głębia kolorów charakteryzowana jest przez liczbę bitów, na jakiej mogą zostać zakodowane kolory odczytane z matrycy CCD. Głębia kolorów ograniczona jest zarówno przez zakresy dynamiczny samej matrycy CCD jak i przetwornika analogowo-cyfrowego (A/D). Zakres dynamiczny systemu jest zatem zależny od słabszego z elementów. Jeśli zatem matryca CCD ma zakres dynamiczny 12 bitów, tj. 4096 a przetwornik A/D ma zakres dynamiczny 16 bitów, tj. 65536 to górną granicą jest 12 bitów matrycy.

 

Zakres dynamiczny

Zakres dynamiczny określa zakres, w którym kamera jest zdolna do rejestrowania obrazów jednocześnie przy bardo słabym jak i bardzo silnym sygnale światła. Zakres dynamiczny określa również przedział, w którym kamera daje liniową odpowiedź.

Jedyni praca z zakresie liniowym pozwala na jednoznaczne odczytanie obrazu.

Zakres dynamiczny może być wyrażony na wiele sposobów:

 

Sygnał do szumu = liczna odcieni szarości

 

Bity = log2 (liczba odcieni szarości)

 

Dla kamer z pojemnością dołka np. 40 000 e- i szumem odczytu 8 e-:

liczba odcieni szarości = 40 000 e-/8 e- = 5000

bity = log2 5000 = 12,3


Copyright © 2012 STI
Created by eCommerce4u.biz