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奥林巴斯显微镜,视频成像基础

2013-11-03  发布者:admin 

可以被捕获在显微镜的光学图像,可以使用传统的薄膜技术,数字化的电子检测器,如电荷耦合器件(CCD),或具有管型摄像机。当必须记录在实时动态事件,视频摄像机往往是最合适的资源的任务。

视频的主要功能是通过扫描的光学图像,动态场景的忠实再现中的信息实时发送到一个接收器容纳在一个远程位置以观看或录制的原始事件,产生一个电信号。视频显微镜的重要的功能和组成部分在图1中图解。在显微镜的光学事件都是首先被捕获,并转换成电的视频信号由一个电子照相机连接到三目镜筒换算。该信号可以被处理或记录下来,然后发送到分析仪或重新转换为一个二维图像在视频监视器上(图1),在实时的。除了视频信息(录音录像机或类似设备)的音频信号,允许并发批注的意见,往往捕获,否则无法挽回的信息。

视频要考虑的重要特点是光学图像的事实,通常是一个动态的(而不是静态的)两维数组,必须有一定距离,利用一个单一的通道或电缆传输。之前或之后传输中,视频信号可能被处理或存储之前被显示在监视器上,必须立即忠实地遵循原始场景实时。广播和有线电视(以及其它视频应用)的发展,导致了一个巧妙的光电和电子设备,已经大有裨益视频显微镜系列广泛的吸引力。

在视频显微镜,该信号通常是在非常短的距离,通过同轴电缆,而不是通过一个无线系统中的广播发送这种配置被称为闭路电视(CCTV),这股很多共同点与无线或广播电视,标准和惯例的一些偏差。

视频信号发生器

成可收回列车的电脉冲,通过显微镜捕获的一个两维图像的转换是通过顺序扫描的光学图像的窄条。原则上,在显微镜图像可以被扫描由任何电 - 光检测器,其能够迅速将光强度转换成电压或电流的电。许多视频信号的特征,可以理解,一个合适的示波器上显示扫描的电信号。

图2示出从光学图像的各扫描线之间的关系,以及由此产生的视频信号。样品是活轮虫想像使用微分干涉差显微镜(DIC)。轮虫的顺序扫描图像时由左到右(例如:A然后B“等)和增量上的图像的左上角开始,向下整理的右下角。由于每个水平扫描被扫描时,它产生一个相应的测量值,单位为伏特(视频信号)有关的图像的亮度的电信号。

在图2的下部的曲线图显示了通过扫描特定的图像区域随时间变化产生的电信号的曲线图。图像上的特定区域的位置,如C(1)C(2) 对应于它在视频信号的时间点(C(1)C(2) )。虽然只有五个扫描线在图2中示出,在整个图像中实际扫描。因为被扫描的图像的亮度成比例的电信号的振幅是,在电流或电压的信号中的特定点,在该点对应的图像的光强度(电压。(1)对应的C的强度( 1) )。Ç水平扫描线所表示的图像中的水平条的窄,以便以恒定的速度被扫描的距离CC(1),CC(2)CC(3)在扫描图像中的时间间隔(1毫升成正比毫升(2) 毫升(3)中的电信号。其结果是一个信号从一个单一的水平扫描线,是一个忠实的 ​​,随时间变化的,电气的表示形式的光学图象中的相应的狭长。

为了构建一个完整的两维图象,视频扫描线必须覆盖整个图像区域,将所得的电信号必须包含在所有扫描线的所有点的电压振幅分布。串行格式输出的电信号,从扫描线作为一个单一的线性信号而不是一个数组的并行信号(依次)。这意味着每个单独的扫描线(AA' BB' 等等)被添加到序列中,以产生一个单一的电脉冲的线性流可以沿单根同轴电缆传送或传输(广播)的电磁波通过在单个通道上的气氛。

正如上面所提到的,一个两维的光学影像变换成一系列的电脉冲,以产生一个视频信号。标准惯例使然,“看到在视频监视器上”从左上角到右,再重复下一行下来,类似于阅读英文文本,图像扫描。图像的左上角的角(如在图2和图3中示出)开始,第一水平扫描沿着线A - A'从左至右。在到达点A' 扫描光点是由“飞”在点B的位置的下一个扫描线的开头反激式转换器(或回扫)操作时的速度远远超过扫描速度,和回扫消隐期间的视频信号,以防止跟踪A'-B 图3,黄色虚线)贡献该信号。循环完成后,继续扫描,水平扫描速度的标准,沿跟踪BB' 直到它再次飞回B' Ç这个周期继续,直到所有的图像区域中被顺序地扫描。

水平扫描线H)实际上不是水平的,而是倾斜向下稍微偏右的垂直距离,该距离等于一个单独的扫描线的宽度。在这个意义上,扫描光点也在发生一个垂直扫描(V) 向下移动的速度较慢,但恒定的速度。在扫描序列结束时已经完成了最后一个水平扫描(NN),扫描点飞回较低的右上角,在左上角à N' 垂直回扫之后,该过程重新开始,最终得到的视频光栅

的视频画面的上部左侧位置,图像的空间坐标的一个零值的水平(或X)和垂直Ý)。X轴的值从左至右增加,而Ý轴的增加值作为扫描从顶部向底部(向下)。在本公约中,利用了一个用于计算机显示器相同,Y -轴的方向是相反的,从标准的笛卡尔坐标系。因此,扫描的开始点的坐标设置为(图2-4)中的AX= 0,Y = 0,或(0,0)。

所产生的扫描光束在一个光导摄象管摄像机和监视器的图像的水平和垂直运动的磁性或静电偏转器,提供等速扫描所需的驱动的水平扫描线,垂直偏转,和快速的反激。得到的波形进行偏转器所产生的锯齿形图案,可以很容易地看到这些信号时,在示波器上观察。锯齿波的确切形状的映像的完整性是非常重要的,因为斜率的波管扫描速度。在锯齿波的一部分的情况下,不是完全线性的,而是稍弯曲,或当坡度不是恒定的,得到的视频图像失真的锯齿波的偏差量。每个水平和垂直锯齿波的频率,确定在水平垂直方向的扫描速率H扫描的扫描频率要高得多,生产速度和重复出现多次在一个单一的垂直(V)扫描。

在反激期间,回扫信号的电压下降到消隐电平,基本上是关闭的扫描式电子束,以避免增加额外的线路,会使图像劣化。这些消隐脉冲开始前的水平垂直回扫变换器的很短的时间,以确保消隐完成后,如在图4中示出。

前面的讨论中涉及的电子设备中产生的视频信号适用于光导摄象管和类似真空管摄像机。固态摄像机,如电荷耦合器件(CCD)和有源像素传感器CMOS成像器,显示设备采用固定的图像元素(称为像素阵列捕捉和显示图像。虽然与固态装置,以不同的方式,检测器和显示扫描的视频信号是相同的管型摄像机产生的。

标准扫描速率

标准广播格式,适应北美国家和日本,生产的525条水平扫描线在重复每一秒每幅图像的30倍。在欧洲和英国的格式,扫描图像625的水平线与每秒25次的重复。为了避免混淆,北美标准被称为为525/60 的扫描速率,欧洲标准是625/50的扫描速率。在本节的讨论假定一个视频扫描率525/60,北美标准。

闪烁是恼人的伪影的图像时,会发生间歇地每秒数帧的眼睛。在一个视频场景,有一个适量的亮度,闪烁变得相当不显眼的,临界闪烁频率达到40和60赫兹(Hz或每秒周期数)之间的刷新率。闪烁光飘飘,发生在低刷新频率时的一个场景的亮度呈周期性波动,几次第二的感觉。由于波动频率的增加,刺激上升,并在10赫兹左右达到最大值,尤其是在明亮的光照与黑暗交替闪烁。在更高的刷新率(频率),现场不再出现脱节,从一个场景移动到下一个被认为顺利发生。持久性的闪烁发生的频率在几十赫兹,在其中发生闪烁不再被超出该临界闪烁频率。出于这个原因,电影预计在无声电影(18帧/秒的速度,每帧中断一次)36赫兹和48赫兹(24×2)有声电影。

临界闪烁频率大幅上升,作为图像变亮或更大的视野。在30 Hz显示的图像表现出相当闪烁,而显示刷新率60赫兹以上产生相应减少金额闪烁刷新率稳步上升,。为了减少闪烁,在525/60的扫描速率的视频图像是在60赫兹的刷新率,而不是30赫兹。

在525/60格式,每个由525个水平扫描线和解剖成两个隔行扫描场,第一个被称为一个奇数场和一个偶数场的第二。262.5扫描线组成,每个字段出现在频为60赫兹。其结果是每秒30次(30赫兹),场频为60赫兹的整体,以减少或消除闪烁出现的每一帧(一个完整的画面)。因此,525/60,是指每帧刷新率为每秒60场(赫兹)的525个水平扫描的扫描系统。于隔行扫描的各个偶数和奇数场,每262.5非相同的水平线,沿垂直轴。

在图5中,其中每帧的奇数行(第一,第二,第三,等)通过第一扫描图像在北美格式的隔行扫描的光栅扫描。继续扫描,它可以从上面的坐标为(0,0),为262.5倍,直到它到达它到达在一个点跨越在所述的水平扫描结束= 0.5,Y =最大字段的底部后的奇数场完成后,扫描光点飞回的顶部和第二次扫描,在偶数场,启动。偶数场扫描开始坐标(0.5,0)在以最低的全帧的水平扫描线(在图5中的480行)的端部处的顶部帧的中间。奇数和偶数扫描开始各自领域Ÿ = 0,框架顶部。因此,隔行不使,备用字段开始在不同的高度在屏幕上。

偶数场的扫描线,其出发点是水平移动ħ / 2相的奇数场扫描开始,正好贴合的间隙之间的奇数场的行,反之亦然。到奇数和偶数扫描字段包括半行扫描允许精确的隔行扫描,这将是不可能的,如果每个字段组成的一个不可分割的行数的。根据构成一帧的字段的数量时,交错比率可以是1:1,2:1(在本例中),或4:1。

在北美的525/60扫描格式中,一个字段被重复60次,在第二个(60赫兹)。由于每场有262.5行,水平扫描速率是(262.5×60)或15750赫兹。水平扫描间隔,因此63.5微秒(倒数15,750)。垂直扫描频率为60赫兹(垂直频率),这将产生一个垂直扫描间隔16.67毫秒(262.5/15,750)。

消隐的视频信号的有效扫描行的数量减少对于垂直扫描消隐时间是约21个水平扫描,使有效扫描行数约为483行,每 ​​帧((262.5 - 21)×2)。有效扫描行的有效图像区,这是在最后的场景显示在显示器上的区域不进行消隐。

纵横比被定义为扫描字段的宽度和高度的有效视频帧,当前广播兼容的视频格式是4:3的比例。遵守的标准宽高比防止严重畸变的图像,例如显示为一个椭圆形的圆。应当指出,经常被用来与监控系统(电子工业协会规格RS-343)的纵横比为1:1。

总之,我们已审阅了一个“活”的形象在一个光栅扫描产生的电信号线性系列生产。信号包括摄像机消隐脉冲和原始图像中的每个点处的照度(亮度)。通过隔行扫描,刷新频率超过临界闪烁点很容易获得顺眼,产生的视频图像。