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从CCD相机凝胶成像系统的选择
上海领成生物科技有限公司 / 2013-06-06

凝胶成像系统的基本骨架包含:CCD相机,暗室和分析软件下面我们就从CCD相机有关的几个关键参数来看看对于凝胶成像系统的选择。

1)、分辨率

分辨率的大小和像素值是分不开的,像素指得是CCD能分别的最小的感光元件,我们平时说的多少万像素就是这些感光元件的个数了。所以一般来讲像素越多,成像也就越清晰细腻,当然这其中还要受许多因素限制,下面会慢慢提到的。但是高像素也不一定是好的CCD,其原因就是像素大小(Pixel Size),也是很重要的因素,相同数目的像素,排列越密集,像素之间就越容易出现电流干扰,容易出现"噪点"等干扰成像质量的现象出现。由于制造工艺的限制,增加尺寸,成本将会以几何级数提高。

现在大部分厂家的CCD为了提高图像的灵敏度,会使用像素合并的技术,那么像素合并的意义是什么呢?

像素合并是一种非常有用的功能,它可被用来提高像素的大小和灵敏度,如图所示分辨率为795512,像素大小为9u,当经过22合并后,变成398256,像素大小为18u.33合并后,变成265170,像素大小为27u,灵敏度提高9倍,这样每个像素大小为27u.

2)、动态范围值

动态范围表示在一个图像中最亮与最暗的比值。

灰阶表示在一种表征光亮度的方法,12bit表示从最暗到最亮等分为2124096个级别,16bit即分为216个级别,可见bit值越高能分出的细微差别越大,如图下面这张图片人眼只能分辨出40个灰阶,而对于一台12bit的仪器能分辨出4,096个灰阶。值得一提的是,目前来说,市场上主流的凝胶成像的CCD12bit为主,16bit的仪器一般情况下,分辨率均在200万像素左右,对于真正的16bit,而像素值又近400万的CCD是非常少见的。

12bit16bit在图像分辨上的区别

对动态范围进行量化需要一个运算公式,即动态范围值 = 20 log (well depth/read noise),其中Well depth代表是满井电子,是CCD饱和时能接受的电子信号总值,read noise是读出噪声(以电子数来表示),每个CCD在读数的过程中都会产生噪声,噪声越小,监测灵敏度越高。其中满井电子与CCDbit值是相关的,通常下,bit值越高,满井电子的数值越大。

举例如下:

Well depth = 85,000 个电子, read noise = 12 个电子

Dynamic range = 20 log (85,000/12), or 77dB. 

动态范围的值越高CCD性能越好.

3)、量子效率   

CCD的量子效率也称像素灵敏度,指在一定的曝光量下,像素势阱中所积累的电荷数与入射到像素表面上的光子数之比。不同结构的CCD其量子效率差异很大。比如100光子中积累到像素势阱中的电荷数是50个,则量子效率为50%(100 photons = 50 electrons means 50% efficiency)。值得注意的是CCD 的量子效率与入射光的波长有关。

4)、信噪比

说到信噪比就不得不提到暗电流了,暗电流是导致CCD噪音的很重要的因素。暗电流指在没有曝光的情况下,在一定的时间内,CCD传感器中像素产生的电荷。我们在做化学发光检测的时候,需要的曝光的时候比较长,这样导致CCD产生较多的暗电流,对图像的质量影响非常大。通常情况下通过降低CCD的温度来最大限度的减少暗电流对成像的影响。下图表明了暗电流与温度的关系,从图中我们可以看出,CCD产生的暗电流随着温度下降而减少,但是在-23℃下曲线开始趋于平缓,由此可以看出温度并非需要无休止的降低的。所以在选择冷CCD时,温度在-25℃(绝对温度,非室温以下)下一般就可以达到您的要求了。

有的CCD是在图像最终生成后,通过软件去背景来扣除暗电流,对于信号远远强于背景的有一定效果,但是对于弱信号处理过程中会产生越来越多的错误。

以上是关于CCD的原理和影响因素的一些介绍, 

(5)光学镜头

光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件,直接影响成像质量的优劣,影响算法的实现和效果。光学镜头规格繁多,有时不免头晕。光学镜头从焦距上可分为短焦镜头、中焦镜头,长焦镜头;从视场大小分有广角、标准,远摄镜头;结构上分有固定光圈定焦镜头,手动光圈定焦镜头,自动光圈定焦镜头,手动变焦镜头、自动变焦镜头,自动光圈电动变焦镜头,电动三可变(光圈、焦距、聚焦均可变)镜头等。

6)滤光镜片

荧光:EB TLC platesGFP platesSYBR GreenSYBR GoldSYBR SafeSYPRO RedSYPRO OrangeTexas RedRhodamine RedFluoresceinDeep PurpleCy2Cy3Cy3.5Cy5、荧光板等(要根据具体的激发光源和滤镜来决定)

光源    激发波长  吸收波长    染料 

Blue     475nm    537nm   SYBR GreenSYBR GoldSYBR SafeSYPRO Orange  Cy2       

Green    534nm    606nm     SYPRO RedCy3 

Red      632nm    609nm     Texas RedRhodamine Red Cy5 

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