Các thông số cơ bản khi lựa chọn camera kính hiển vi

Khi đánh giá chất lượng của một chiếc camera kính hiển vi kỹ thuật số, hầu hết người dùng nghĩ về Mega-pixel hoặc tốc độ. Đây thường là tiêu chí chính, nhưng không phải lúc nào cũng vậy. Câu hỏi về camera nào cho kính hiển vi mang lại kết quả tốt nhất phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau tùy theo ứng dụng.

Chúng tôi gợi ý một vài tiêu chí cơ bản để giúp bạn quyết định loại camera nào phù hợp nhất.

Kích thước pixel

Một tiêu chí quan trọng để lựa chọn camera phù hợp là lượng ánh sáng từ mẫu. Nếu ánh sáng yếu thì yêu cầu độ nhạy sáng của camera càng lớn. Nói chung, kích thước pixel là 6.45 µm hoặc lớn hơn cung cấp độ nhạy sáng tuyệt vời cho hình ảnh phân giải cao, nhiễu thấp. Tuy nhiên, cần quan tâm tới sự cân bằng với kích thước cảm biến vì kích thước pixel càng lớn, số lượng pixel càng ít, sẽ giảm độ phân giải.  

Kích thước cảm biến

Ảnh: Kích thước cảm biến quyết định diện tích vùng mẫu bạn có thể nhìn thấy
 

Hầu hết các camera khoa học kết hợp các cảm biến lớn, ví dụ, 2/3 ”- 1”, vì kích thước pixel và số lượng điểm ảnh đều được tối đa hóa. Tuy nhiên, camera được sử dụng để ghi lại hình ảnh trường sáng thông thường có thể sử dụng cảm biến hình ảnh 1/2 ”do kích thước pixel nhỏ hơn và số lượng pixel cũng ít hơn. Cần lưu ý phải chọn bộ chuyển đổi adapter C-mount phù hợp với kích thước cảm biến để tránh hiện tượng vùng quan sát bị quá nhỏ hoặc quá lớn.

Megapixel
 

Mỗi tấm ảnh số bao gồm hàng triệu điểm ảnh. Điểm ảnh (pixel) có thể đo lường. Khi mua camera, người sử dụng thường quan tâm nhiều đến số lượng điểm ảnh, với suy nghĩ càng nhiều điểm ảnh thì chất lượng ảnh càng cao. Camera 1 megapixel cho phép chụp tấm ảnh có 1 triệu điểm ảnh, camera 20 megapixel cho phép chụp tấm ảnh có 20 triệu điểm ảnh.

Hãy tưởng tượng, bao trùm tấm ảnh là chiếc lưới, số điểm ảnh càng cao thì số mắt lưới càng nhiều. Nếu bạn đang phân vân giữa hai camera có kích thước cảm biến giống nhau và kích thước pixel khác nhau, thì camera có pixel nhỏ hơn và số lượng pixel nhiều hơn sẽ cho bạn độ phân giải cao hơn.

Tuy nhiên nếu 2 camera có cùng số lượng pixel nhưng kích thước pixel khác nhau thì sẽ cho độ phân giải khác nhau. Vậy nên ngoài chú ý vào số lượng pixel, bạn cũng nên để ý tới kích thước pixel và kich thước cảm biến.

Kiểu cảm biến: CCD hoặc CMOS

 

Trong công nghệ CCD, điện tích ở mỗi pixel được chuyển qua một số rất ít các điểm đầu ra ( điểm nốt) sau đó được chuyển thành tín hiệu điện áp, lưu trữ rồi xuất ra khỏi sensor dưới dạng tín hiệu tương tự, tất cả dác điểm ảnh đều được tiếp xúc trực tiếp với ánh sang, và tính đồng đều của đầu ra cao hơn ( một nhân tố quyết định chất lượng hình ảnh). Còn trong công nghệ CMOS, mỗi điểm ảnh có bộ chuyển đổi điện tích thành điện áp riêng, cảm biến đồng thời bao gồm các bộ khuếch đại, lọc nhiễu, bộ mạch số hóa qua đó tín hiệu đầu ra là tín hiệu dạng số. Những chức năng bao gồm thêm này làm tăng độ phức tạp của thiết kế đồng thời làm giảm diện tích điểm ảnh tiếp xúc với ánh sáng. Khi mỗi điểm ảnh được chuyển đổi một cách riêng rẽ, tính đồng đều của tín hiệu số bị giảm đi, nhưng tín hiệu được xử lý song song cho chúng ta có một tốc độ nhanh hơn.

Ngày nay, hầu hết các camera đều sử dụng một trong hai loại cảm biến là CCD và CMOS. Cả CCD và CMOS đều thực hiện một nhiệm vụ giống nhau: biến các tín hiệu ánh sáng thành các tín hiệu điện.


CCD là một trong những công nghệ lâu đời nhất trên camera số, với chất lượng ảnh chụp vượt trội so với CMOS nhờ có dải tần nhạy sáng và kiểm soát nhiễu tốt hơn. Hiện nay, CCD vẫn được sử dụng nhiều trong các mẫu camera du lịch giá rẻ, song quá trình lắp ráp khó khăn và điện năng tiêu thụ quá nhiều của CCD đã dẫn tới sự thống trị của CMOS.

Trong lịch sử, cảm biến CMOS luôn được cho là có chất lượng ảnh chụp thấp hơn so với CCD, nhưng các đột phá về công nghệ mới đã khiến cho chất lượng của CMOS hiện đại trở nên ngang bằng hoặc thậm chí là vượt qua cả tiêu chuẩn của CCD. Với nhiều tính năng được tích hợp sẵn hơn là CCD, cảm biến CMOS hoạt động hiệu quả hơn, cần ít điện năng hơn và chụp ảnh tốc độ cao tốt hơn CCD.

Tốc độ khung hình

Tốc độ khung hình của camera đề cập đến số lượng khung hình đầy đủ có thể được chụp mỗi giây. Hệ thống camera kỹ thuật số cho phép bạn điều chỉnh tốc độ khung hình lên đến mức tối đa. Tốc độ khung hình phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như kiểu cảm biến, số điểm ảnh, độ sâu bit và thời gian phơi sáng. Cả số lượng pixel và độ sâu bit đều tương quan với lượng dữ liệu được đọc; nhiều pixel hơn và độ sâu bit cao hơn có nghĩa là có nhiều dữ liệu hơn được thu thập trên mỗi khung hình và do đó kéo dài thời gian đọc và giảm tốc độ khung hình. Tốc độ khung hình tối đa cho cảm biến CMOS sẽ nhanh hơn so với cảm biến CCD, mặc dù một số thủ thuật thông minh đã cải thiện tỷ lệ chụp khung hình CCD. Tuy nhiên, đối với cả hai hệ thống, tốc độ khung hình nhanh hơn đồng nghĩa với việc giảm thời gian phơi sáng do đó giảm độ phân giải của hình ảnh.

Camera màu hay Camera đơn sắc

                                                              Camera màu                                                Camera đơn sắc                            
Yếu tố quan trọng nhất trong việc lựa chọn giữa camera màu màu hoặc đơn sắc là đặc điểm của mẫu. Sử dụng camera đơn sắc cho các mẫu được nhuộm huỳnh quang và chọn camera màu cho hình ảnh trường sáng như các mẫu màu hematoxyline / eosin. Nếu bạn chỉ hình ảnh mô học hoặc chỉ các mẫu huỳnh quang, lựa chọn này khá đơn giản.

Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn cần sử dụng kính hiển vi của bạn cho cả hình ảnh huỳnh quang và trường sáng? Trong trường hợp này cameramàu có thể không tối ưu cho huỳnh quang, nhưng nó sẽ hoàn thành công việc cho cả hai ứng dụng của bạn. Một camera màu có thể có được hình ảnh của các mẫu huỳnh quang. Tuy nhiên nó làm giảm tổng lượng ánh sáng thu được. Điều này làm cho chất lượng hình ảnh mẫu không được tốt như chụp bằng camera đơn sắc.

Tốc độ chuyển dữ liệu 

Một số ứng dụng, chẳng hạn như chụp ảnh thời gian sống, chụp ảnh 3D nhờ bàn mẫu tự động theo trục Z, yêu cầu dữ liệu được chuyển từ camera sang máy tính ở tốc độ cao. Có ưu điểm so với các giao diện cũ, chẳng hạn như USB 2.0 hoặc FireWire, USB 3.0 đang phát triển thành giao diện được lựa chọn để truyền dữ liệu tốc độ cao. Hơn nữa, không cần cáp chuyển đổi, cho phép cắm và chạy với máy tính xách tay.

Độ nhạy quang phổ

Độ nhạy phổ của camera đề cập đến các bước sóng cụ thể được phát hiện bởi cảm biến. Cả hai cảm biến CMOS và CCD đều nhạy cảm với bước sóng giữa 400 nm và 1000 nm. Tuy nhiên, vì hiệu suất lượng tử không đồng đều trên toàn bộ phổ, nên ta luôn kiểm tra đường cong phản ứng quang phổ của hệ thống cụ thể mà bạn đang xem xét. Thường có một số độ nhạy trong dải hồng ngoại gần (NIR) nếu bạn cần phát hiện tín hiệu trong phạm vi này. Các cảm biến CMOS có xu hướng tốt hơn trong phạm vi này hơn là các cảm biến CCD.

Giá cả

Giá cả luôn đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn sản phẩm khi mua sắm bất kỳ sản phẩm mới nào. Khi chọn giải pháp hình ảnh, các khía cạnh như chất lượng hình ảnh, phần mềm phân tích hình ảnh, dễ tích hợp, dịch vụ bảo hành và hỗ trợ sản phẩm phải được xem xét trong tổng chi phí của giải pháp hình ảnh.


Zeiss cung cấp một dải các loại camera thích hợp cho ứng dụng và chi phí của bạn. Bạn có thể tìm hiểu thêm về camera của Zeiss tại đây: 

https://www.zeiss.com/microscopy/int/products/microscope-cameras.html