眾所周知，現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)成像的進(jìn)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(jī)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(xué)成像技術(shù)越來越精細(xì)。因此，研究和診斷生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用通常需要成像儀具備較高的空間分辨率、準(zhǔn)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(xué)成像相機(jī)要考慮的因素

選擇合適的顯微鏡學(xué)相機(jī)、組織學(xué)相機(jī)、細(xì)胞學(xué)/細(xì)胞遺傳學(xué)相機(jī)、落射熒光相機(jī)，對于臨床應(yīng)用進(jìn)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(jī)器視覺相機(jī)是否適合您的應(yīng)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(xué)成像相機(jī)所需的分辨率取決于樣品中目標(biāo)結(jié)構(gòu)相對于相機(jī)像素大小的放大率，也就是說，顯微鏡應(yīng)用的高分辨率可以通過2MP、25MP或介于這兩者之間的相機(jī)來實(shí)現(xiàn)。它取決于光學(xué)元件對樣品中目標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行的相對于相機(jī)像素大小的放大率，為了選出能實(shí)現(xiàn)所需分辨率的最佳相機(jī)，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(xué)系統(tǒng)中的鏡頭放大率，從而得出投射到相機(jī)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(jī)傳感器上像素的2.33（Nyquist）倍，那么相機(jī)可以解析此機(jī)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(jī)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(jī)的選項。

組織學(xué)、細(xì)胞學(xué)和細(xì)胞遺傳學(xué)等成像應(yīng)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(fēng)險。這種情況下，相機(jī)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(yīng)用，面臨的挑戰(zhàn)是避免樣本在太強(qiáng)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(yīng)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(biāo)本很難獲得或價格昂貴，而且制作樣本的材料和人工費(fèi)用很高。因此，能保護(hù)樣品質(zhì)量的系統(tǒng)有助于降低這些成像應(yīng)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(jī)。這種情況下，可以對樣品使用強(qiáng)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(jī)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(yīng)用，可以選擇FLIR配備Sony全新轉(zhuǎn)換增益功能的相機(jī)型號，此功能可以優(yōu)化傳感器，實(shí)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?yàn)樵诖藯l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(qiáng)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(qiáng)，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(jī)器視覺相機(jī)

在選擇相機(jī)時，較新的CMOS傳感器是個很好的出發(fā)點(diǎn)。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(yīng)用程序需要在幾年內(nèi)購買多個相機(jī)（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(jī)，否則您可能要承受提前設(shè)計替換相機(jī)的成本費(fèi)用。

FLIR生產(chǎn)的機(jī)器視覺相機(jī)型號有200多種，廣泛應(yīng)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(jī)的傳感器、外形尺寸及接口最為廣泛。這些相機(jī)提供USB3和GigE兩種型號，功能廣泛，設(shè)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(yīng)用，其功能廣泛，性價比高，分辨率最高可達(dá)24MP，是生物醫(yī)學(xué)和生命科學(xué)應(yīng)用的首選。

2、FLIR Oryx10 GigE

FLIR Oryx相機(jī)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(yàn)證且廣泛部署的標(biāo)準(zhǔn)，能夠在線纜長度超過50米的經(jīng)濟(jì)實(shí)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(jī)系列的外殼尺寸嬌小、重量輕、功耗低且價格實(shí)惠。Firefly DL型號還能夠運(yùn)行已經(jīng)過訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可用于物體檢測或分類。

所有FLIR機(jī)器視覺彩色相機(jī)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(xué)成像非常重要，醫(yī)學(xué)成像中，色彩準(zhǔn)確度的涵義不同，這取決于人類對診斷的視覺分析以及實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的機(jī)器可讀格式之間的對比。另外，F(xiàn)LIR 機(jī)器視覺Blackfly S、Oryx 和Firefly相機(jī)系列可通過GenICam3及 Spinnaker SDK進(jìn)行控制和編程，它們自一開始設(shè)計時就以輕松開發(fā)與部署為理念時，確保我們能更快進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)和測試。

責(zé)任編輯：lq6