圖 1：同一樣本上顯示的不同相機(jī)視場(chǎng)。 CCD/EMCCD 的視場(chǎng)較小，而 CMOS 相機(jī)的視場(chǎng)范圍為 18.8-29 毫米，并且可以是正方形或矩形。

介紹

相機(jī)可以成像的區(qū)域稱(chēng)為視場(chǎng)或 FOV，F(xiàn)OV 越大，您可以看到的樣本就越多。擁有大視場(chǎng)可以讓您拍攝包含更多數(shù)據(jù)的更高效圖像，并拍攝更少的圖像以捕獲整個(gè)樣本。但與所有相機(jī)規(guī)格一樣，F(xiàn)OV 的變化將影響其他重要因素，例如分辨率和成像速度。

與分辨率類(lèi)似，F(xiàn)OV 取決于顯微鏡和相機(jī)，兩者都有最大 FOV 的上限。通過(guò)將大視場(chǎng)相機(jī)與大視場(chǎng)顯微鏡配對(duì)，可以立即捕獲大部分樣品，而使用較小視場(chǎng)相機(jī)與大視場(chǎng)顯微鏡將限制您可以接收的數(shù)據(jù)量，即使顯微鏡可以提供更多數(shù)據(jù)。

相機(jī)視野

相機(jī)視場(chǎng)角取決于兩個(gè)因素：相機(jī)傳感器的尺寸和總放大倍率。傳感器尺寸可以通過(guò)多種方式測(cè)量，但常用的測(cè)量方法是傳感器對(duì)角線(xiàn)的尺寸，因?yàn)橛行﹤鞲衅魇钦叫蔚模行﹤鞲衅魇蔷匦蔚?。通常以毫米為單位顯示，并且可以在圖 1中看到一系列相機(jī)傳感器尺寸。

CCD 和 EMCCD 通常具有尺寸較小的傳感器，尺寸約為 11 毫米，這限制了您可以成像的范圍，并且遠(yuǎn)低于大多數(shù)顯微鏡的最大值。

CMOS 相機(jī)提供更大的傳感器，對(duì)角線(xiàn)通常約為 18.8 毫米，與某些顯微鏡型號(hào)非常匹配。有些顯微鏡的對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度可以超過(guò) 20 毫米，因此 CMOS 相機(jī)也提供傳感器尺寸為 22 毫米、25 毫米甚至 29 毫米的產(chǎn)品。

這些較大的傳感器通常具有更多的像素，因此，雖然 EMCCD 將具有 0.25 兆像素 (MP)，但 CMOS 相機(jī)包含 1-15 MP，具體取決于像素大小。

放大

如果放大倍數(shù)為 1 倍，具有 25 毫米對(duì)角線(xiàn) FOV 的相機(jī)只能對(duì)這么大的區(qū)域成像。在典型的生命科學(xué)放大倍數(shù)為 40 倍的情況下，相機(jī)視場(chǎng)減小了 40 倍，從而產(chǎn)生 625 μm 對(duì)角線(xiàn)視場(chǎng)。

放大倍數(shù)越大，F(xiàn)OV越小，如圖2所示。然而，高分辨率取決于高放大倍率(有關(guān)更多信息，請(qǐng)參閱我們的分辨率文章)，并且通過(guò)較小的視場(chǎng)也可以獲得高相機(jī)速度。所以為了以大視場(chǎng)成像，它會(huì)影響成像中的其他因素。幸運(yùn)的是，大多數(shù)生物樣本都很小(從細(xì)胞到分子)，通常不需要相機(jī)可以提供的整個(gè)視場(chǎng)。

圖 2：視場(chǎng)隨著放大倍率的增加而減小，從而限制了您可以在更高放大倍率下成像的區(qū)域。

匹配相機(jī)和顯微鏡 FOV

需要記住的一件事是，顯微鏡視場(chǎng)是圓形的，而相機(jī)視場(chǎng)是方形/矩形的，如圖3 頂部所示。將 18 毫米 FOV 相機(jī)與 18 毫米 FOV 顯微鏡配對(duì)確實(shí)會(huì)導(dǎo)致某些區(qū)域無(wú)法成像，但這在很大程度上是所有成像系統(tǒng)的共同因素，除非將來(lái)出現(xiàn)圓形相機(jī)傳感器。因此，目前相機(jī)的視場(chǎng)角應(yīng)該適合顯微鏡的視場(chǎng)角，這意味著最好匹配相機(jī)和顯微鏡之間的視場(chǎng)角。

一些矩形相機(jī)傳感器通?？梢愿鶕?jù)尺寸更有效地占據(jù)顯微鏡視場(chǎng)，但如果相機(jī)視場(chǎng)大于顯微鏡視場(chǎng)，就會(huì)出現(xiàn)漸暈，這是由于缺乏光線(xiàn)而在圖像的角落看到的效果，如下所示見(jiàn)圖3 Bot。雖然這可以捕獲更多的顯微鏡視場(chǎng)，但每個(gè)圖像角落處的大量圖像偽影可能會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。

圖 3：將相機(jī) FOV 與顯微鏡FOV 相匹配。頂部 。 18 毫米 FOV 顯微鏡與 18 毫米 FOV 相機(jī)相匹配，該相機(jī)安裝在顯微鏡圓形 FOV 內(nèi)。機(jī)器人。擁有比顯微鏡更大視場(chǎng)的相機(jī)可以捕獲更多圖像，但會(huì)帶來(lái)漸暈偽影。

將適配器 FOV 與相機(jī)和顯微鏡 FOV 相匹配

需要使用顯微鏡 C 接口或 F 接口適配器將科學(xué)相機(jī)連接到顯微鏡相機(jī)端口。安裝螺紋是標(biāo)準(zhǔn)化的，這意味著 C 接口適配器將連接到所有通過(guò) C 接口連接的科學(xué)相機(jī)。然而，適配器是顯微鏡專(zhuān)用的，這意味著雖然任何 C 接口相機(jī)都可以連接到 C 接口適配器，但該適配器僅適合匹配品牌的顯微鏡。

適配器中可以裝有鏡頭，可以在圖像到達(dá)相機(jī)之前放大或縮小圖像。這可用于更好地將相機(jī)視場(chǎng)與顯微鏡視場(chǎng)匹配。例如，如果相機(jī)具有 11 毫米對(duì)角線(xiàn) FOV，但顯微鏡具有 18 毫米 FOV，則 0.67 倍適配器將縮小圖像并允許其顯示在 11 毫米相機(jī)上。然而，F(xiàn)OV 的增加是以分辨率降低為代價(jià)的。

如果目標(biāo)只是將相機(jī)連接到顯微鏡，則 1x 適配器不包含額外的鏡頭，也不提供額外的放大或縮小功能。這通常是首選方法，因?yàn)樗粫?huì)在系統(tǒng)中引入額外的鏡頭。每增加一個(gè)鏡頭，到達(dá)相機(jī)的光子數(shù)量就會(huì)減少 3-4%，因此許多研究人員會(huì)盡力避免這種情況。

根據(jù)所使用的適配器類(lèi)型，適配器還會(huì)影響顯微鏡和相機(jī)的視野。 C 接口適配器是最流行的顯微鏡相機(jī)適配器，最大 FOV 限制為 22 毫米。 F 接口適配器是一種較大格式的適配器，能夠達(dá)到 >30 mm FOV。

可利用 F 接口的更大 FOV 顯微鏡和科學(xué)相機(jī)的開(kāi)發(fā)相對(duì)較新 - 在撰寫(xiě)本文時(shí)，僅存在一種商用 25 mm 顯微鏡。大多數(shù)現(xiàn)代顯微鏡的視場(chǎng)為 19 毫米或 22 毫米，因此仍然可以使用 C 接口。最大格式的旋轉(zhuǎn)盤(pán)共焦系統(tǒng)也僅限于 22 毫米 FOV。

選擇相機(jī)以最大化顯微鏡視野

在 Teledyne Photometrics，我們的目標(biāo)是制造能夠與所有現(xiàn)代顯微鏡的 FOV 最佳匹配的相機(jī)(表 1)。因此，Prime 95B 系列包括 19 毫米相機(jī)、22 毫米相機(jī)和 25 毫米相機(jī)。此外，Prime BSI 和 Iris 9 均適合 19 毫米顯微鏡視場(chǎng)，Iris 15 適合 25 毫米顯微鏡視場(chǎng)。 Kinetix 是我們最大規(guī)格的傳感器，可用于在任何系統(tǒng)中獲得最大 29 毫米的 FOV。

表 1： Teledyne Photometrics 相機(jī)經(jīng)過(guò)優(yōu)化，可匹配任何最大 29 毫米的顯微鏡。

通過(guò)認(rèn)識(shí)到 FOV 要求可能存在很大差異，我們能夠更好地滿(mǎn)足客戶(hù)的需求，并提供廣泛的相機(jī) FOV 選項(xiàng)。

概括

相機(jī)的視野決定了您可以看到多少樣本。憑借更大的視場(chǎng)，相機(jī)可以更有效地成像并以更少的圖像捕獲樣本。但在高倍率下，為了提高速度，F(xiàn)OV會(huì)減小，需要與顯微鏡型號(hào)相匹配。牢記這一點(diǎn)，您可以最大化視野并執(zhí)行更高效的成像。

審核編輯 黃宇