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奥林巴斯显微镜在光学显微镜的数字成像

2014-09-09  发布者:admin 

  在过去的几年中,荧光显微镜的快速增长的领域已经从一个依赖于传统的摄影用乳液型膜,一个电子图像选择的输出。 成像装置是一种在奥林巴斯显微镜中最重要的组成部分,因为它决定在什么水平的标本的荧光可以检测,相关结构分解,和/或一个过程的动态观察和记录。

范围内的光检测方法和各种各样的成像设备目前的技术人员使选择过程中的困难和经常混淆。 这个讨论的目的是帮助理解光的检测的基础知识和为特定的应用选择合适的荧光显微镜检测提供指导。 图1所示是一个落射荧光显微镜配备一个热电制冷设计的图像的标本在很宽的曝光范围在24位颜色在低光照水平最先进的万像素的数码相机成像系统 这种类型的探测器以及其他的替代方案是在下面的段落综述。

探测器的特性参数

电子成像传感器的性能可以由数量的变量包括:光谱灵敏度,量子效率,空间分辨率,均匀性,信号/噪声比,动态范围,和响应速度。 这些规格中详细讨论在我国部分复习 在数字成像技术的概念 但一个简短的描述,包括在这里为方便起见。 光谱灵敏度是指对探测器信号作为入射光的波长的函数。 此参数通常是在量子效率来表示( 量化宽松政策 ),测量探测器的生产能力从入射光子被检测到的百分比电子电荷。 限制空间分辨率一般从两个高对比度对象之间的歧视,所需的最小分离测定,例如,黑色背景上的白色的点或线。 对比度分辨率的一个重要因素,因为高对比度的对象(例如,黑色和白色的线)更容易解决比低对比度的对象(例如,相邻的灰线)。

对电子探测器的空间分辨率更翔实的措施的调制传递函数 MTF )和对比度传递函数( CTF ),都显示了检测器响应的大小作为空间频率的函数。 CTF是从一系列的黑色和白色的酒吧,逐渐狭窄,近探测器响应确定。 每一条基本上是一个方波百分之100对比。 MTF是一个表达式描述在一个正弦信号对比度的减少(60%对比度的正弦波)作为空间频率的函数。 一种电子检测器的分辨率的限制,是最小的目标大小,检测到上述的噪声阈值,一个概念,通常被称为 极限分辨率的频率 ,这是空间频率的MTF下降值为百分之3,对应的可见检测限。

电子探测器均匀性包含几个变量:增益在传感器上的变化,区域差异在噪声和采样效率(通常被称为 阴影 ),并在光的收集和传输效率的空间变化。 电子探测器通常是由他们的信号/噪声比(指定 的S / N ),一个衡量的变化的一个信号,表明信心的信号可估计的幅度。 可见光具有固有的噪声分量的光子通量的随机性而产生的,它等于信号的平方根。 噪声也从各种其他来源如输出放大器(读出噪声),和电子设备中常常可以降低操作温度降低。 在没有光的电子设备所产生的噪声称为 暗电流 暗噪声 这是热的,敏感的,作为一个探测器的温度增加。

intrascene动态范围 来自最大和最小强度,可在同一领域的同时检测。 插入镜头的动态范围 代表强度可容纳时,检测器的增益,积分时间,镜头光圈范围,或其他变量调整不同领域的观点。 的动态范围和信号/噪声不应混淆。 动态范围是经常可以累计计算除以阅读,信号相关的噪声的最大信号。 一种电子检测器的响应速度是由它的 滞后 它表示,进行到下一个规定的时间间隔一点零一分以前的图像的部分已经过去了。

光电子检测

常用的光探测器缺乏空间分辨的两个例子是光电倍增管和光电二极管(如图2所示)。 这两款器件采用光敏面捕捉入射光子产生感测和放大电子收费。 光电倍增管( 光电倍增管 )广泛应用于激光共聚焦显微镜和高端相机自动曝光机构以及光谱仪。 这些设备的响应时,光子撞击光电阴极和解放电子被加速朝向由一系列弧形板电子倍增器,称为光电倍增管。

光进入的PMT的输入窗口罢工阴极,它利用入射光子的能量释放与峰值量子效率,最近已提高到约百分之40电子(见图3中的GaAsP曲线)。 阴极有效面积可以从几毫米到直径半米的尺寸范围内,这取决于应用程序。

从金属通道极链输出电流成正比的光子撞击光电阴极和电压下降沿电极通道数。 光谱灵敏度取决于阴极化学成分;最好的设备往往采用砷化镓和紫外线,可见光敏感的,和从300到850纳米的波长范围的红外光(图3)。 光电倍增管光电阴极的均匀敏感和典型的光子分布在整个入射窗而不是集中到一个地区是不。 由于光电倍增管不存储电荷和响应在几纳秒的输入光通量的变化,它们可以用于快速检测事件记录。 这些设备通常产生较低的噪声值(暗电流)产生了巨大的动态范围内的电流输出仍然准确地反映光子通量。 大的增益,表现出由这些设备是不牺牲带宽的情况下获得的,其范围可以从100到1500 MHz的科学级光电倍增管在一个非常高的信号/噪声比。

三电子探测器量子效率说明作为一种照明波长的函数的在图3中给出的光谱灵敏度曲线。 两曲线(图3中的较低的曲线)与阴极组合物利用磷砷化镓光电倍增管产生的(ga-as-p)或砷化镓(砷化镓)合金,而第三的曲线代表一个紫外透明窗口的硅光电二极管的响应。

硅光电二极管的同时所生成的电流的光响应迅速,但他们没有伴随电子倍增的PMT巨大的增益。 在整个可见光谱的光电二极管有一个相对平坦的响应(图3)的量子效率高,从80到百分之90的范围内。 该光敏表面的均匀性好、动态范围和响应这些设备的速度是最高的光检测器。 然而,硅二极管产生大量的噪声,(很热)导致相对较差的信号-噪声光子有限的条件下,如在荧光显微镜是常见的。 光电二极管,将有限的增益已被开发(雪崩光电二极管,如图2所示),被用在一些聚焦和宽场荧光显微镜。 他们虽然已经高达300倍的增益,他们表现出显着的暗噪声甚至当冷却到0°C.

面积探测器

这些设备通常分为两类:管式和固态探测器。 该光导摄像管摄像机(图4)是一个管式探测器的光敏面“读出”由扫描电子束。 在摄像机的感光面店,而不是释放电子的电荷在光电阴极。 光子被光电传感器改变其电阻在他们的网站的影响,以及当前的扫描束流更容易通过这些网站产生一个信号。 因为光导摄像管传感器已在很大程度上取代了现代固态探测器和感兴趣,只是由于历史的意义,他们将不会在任何进一步的细节考虑。

固态探测器组成的一个稠密矩阵将电荷存储区的光电二极管。 在基本概念的几个变化是市售的包括流行的电荷耦合器件(CCD),电荷注入器件(CID),和互补金属氧化物半导体(CMOS)检测器。 在这些探测器,硅二极管的光电传感器(通常表示一个像素)被耦合到电荷存储区,反过来,连接到一个放大器的读出累积电荷量。 在CID和CMOS探测器,每个传感器具有与它相关联的放大器和一排放大器的信号输出并联组合。 虽然硅光电探测器的电荷存储技术进行了多年前的CCD的发展,为系统的一个合适的机制读取这种存储电荷需要被设计在装置成为现实。 在一个CCD,通常在整个阵列的角落里只有一个放大器,和所存储的电荷依次通过并行寄存器线性串行寄存器然后到邻近的读出放大器的输出节点。

由于CCD是目前最广泛使用的荧光显微镜检测,我们将更详细地考虑其性能。 分别将,在适当的情况下,这两个类的CCD相机之间:消费级和科学级。 需要指出的是,尽管所有的电子探测器的模拟设备所产生的电流或电荷重要,与内部数字相机最近表示,数码相机,因为他们没有一个模拟信号输出。

一些CCD相机用于科学应用在室温下操作,而另一些冷却以降低暗电流(20°C降低温度降低了十倍的CCD暗电流)。 因为电荷存储威尔斯不充满热产生的暗噪声在整合期间,长时间曝光是可能的。 冷却相机科学往往都是使用指定的 慢扫描 因为他们的帧速率是小于一个标准的摄像机。

视频率摄像头读取存储的电荷,输出视频领域每16.7毫秒符合推荐标准(表示RS-170或rs-330)在30帧每秒产生的每一帧由两个交错的领域(欧洲标准格式要求50个领域一场每秒每20毫秒)。 视频开发滞后于我们的视觉系统的图像生成速度比 临界闪烁频率 ,视频刷新频率的闪烁不再是人眼能感知的。 每个视频领域,包含在整个框架百分之50的信息,得到的序列与结果,有一个16.7毫秒的时间差连续奇数或偶数扫描线之间的完整的图像。 如果一个视频率摄像头输出停止并允许光线落在一段延长的CCD,前两个视频领域产生包含所有的积分期间积累的信息。

交错的两个视频领域产生一个完整的视频帧是从电子信号的传输和接收组件在电视发展的时间可用带宽的限制导致的工程问题的巧妙的解决方案。 现在更高频率放大器和相关的电子许可证生产,储存,并在不需要隔行扫描线的高达1000帧/秒,随后显示率。 这样的逐行扫描摄像机产生一个连续的扫描,从顶部至底部的图像。 这并不意味着在底部的得到顶线;相反,设备第一集成光子通量在整个传感器,然后迅速取代积累的电荷在电荷存储和传输区域,防止进一步的照明。

两个CCD设计常用来实现这种快速转移 行间转移CCD和帧转移CCD,这是在图5的示意性示出。 行间转移CCD采用电荷转移通道(称为“行间面具”图5)立即相邻的光电二极管,所积累的电荷可以被有效地转移到通道图像采集后已经完成。 行间转移CCD电子设备可以关闭通过改变电压的二极管所产生的电荷注入到衬底上而不是转移到转移的渠道。 这些器件还包括一个电子“流失”防止开花,通常配有微透镜阵列增加的填充因子和量子效率的光电二极管。

帧转移CCD传感器,使用一个两部分的平行阵列的一半作为存储区和由光紧掩避光。 入射的光子可以落在裸露的部分的阵列和积累的电荷,然后迅速转移到隐蔽存储区域的电荷转移到串行输出寄存器。 当信号被集成在传感器的感光部分,所存储的电荷的读出。 这种体系结构的一个缺点是感光的掩蔽区域的CCD电荷转移过程中的涂抹,但这往往可以补偿。

CCD的光谱灵敏度不同于一个简单的硅光电二极管检测器由于CCD表面具有通道用于电荷转移是由多晶硅栅电极屏蔽。 这些结构的吸收波长较短,减少设备的蓝色灵敏度。 一个典型的光谱灵敏度曲线的消费者或者科学级CCD是如图6所示(标准CCD)应该指出的是,百分之40的量子效率峰值明显低于一个人在硅光电二极管。 最近,信道的透明度已经在一些科学级CCD蓝灵敏度大幅改善增加(蓝加曲线图6)。 由于信道的损失是在背照CCD完全消除。 在本设计中,光照射到的区域中已被蚀刻直到它是透明的CCD后(约10-15微米相应厚度)。 由此产生的光谱灵敏度曲线,图6所示(背照式CCD),说明了量子效率高,能与此配置实现。 然而,结果在一个微妙的背面减薄,相对昂贵的传感器,到目前为止,只有采用科学级CCD相机中的高端。

一种CCD的分辨率是一个光电二极管和他们的相对投影图像的大小的数目的功能。 现在1000×1000传感器CCD阵列的科学级摄像机是家常便饭。 在消费者和科学级CCD制造是传感器的尺寸减小的趋势,和相机,光电二极管小4×4微米的消费市场是目前可用的。 一个CCD摄像头像素与6.7-micron典型的MTF曲线如图7所示。 百分之60正弦波投射到传感器表面的空间频率上绘制的横坐标,在坐标得到的调制率。 极限分辨率通常被定义为百分之3的调制水平。

一个对象的足够的分辨率,只能是在至少两个样品进行了为每个分辨单元实现(许多研究人员喜欢每分辨单元三样品以确保有足够的采样)。 在免疫荧光显微镜下,在波长为550纳米的使用1.4数值孔径透镜衍射极限分辨阿贝单位是0.21微米。 如果使用100倍的目的,对CCD面衍射受限点投影的大小是21微米。 10.5个×10.5微米传感器的大小只允许光学和电子分辨率相匹配,与7×7微米大小的首选传感器。 虽然在一个CCD提高空间分辨率小的传感器,他们也限制了设备的动态范围。 表1提供了建议在荧光显微镜中常用的目标传感器的像素尺寸。

最大的光学分辨率的像素大小的要求
在荧光显微镜
物镜
(NA)
分辨率
极限
(um)
投影
在CCD尺寸
(um)
所需像素
大小
(um)
4X(0.20) 1.5 5.8 2.9
10X(0.45) 0.64 6.4 3.2
20X(0.75) 0.39 7.7 3.9
40X(0.85) 0.34 13.6 6.8
40X(1.30) 0.22 8.9 4.5
60X(0.95) 0.31 18.3 9.2
60X(1.40) 0.21 12.4 6.2
100X(0.90) 0.32 32 16
100X(1.25) 0.23 23 11.5
100X(1.40) 0.21 21 10.5
表1

一种CCD电荷存储容量的各个二极管的大小比例,使得最大数量的电子存储大约1000倍的横截面积的每个光电二极管。 因此,一个CCD 7×7微米的光电二极管,应该有一个最大的电荷存储容量(全阱容量)49000的电子或空穴。 一个孔的区域的硅的电子来构成检测的光子同样有效的和可用的测量。 “电子”将主要用于在讨论虽然很多CCD读出的孔的数量,而不是电子的产生。 由于CCD没有固有增益,一个电子空穴对每个检测到的光子的积累。 一种CCD的动态范围通常定义为满阱容量除以相机噪声。 相机的噪声是正交的总和,,黑暗的和读出噪声。 最近在CCD设计上的改进已经大大减少到可以忽略的水平和降低暗电荷的读出噪声像素的约10电子。 即使室温相机可能有这样一个低暗信号,它可以在10秒或更少的时间忽视整合。 冷却进一步降低暗信号,允许更长的整合期,长达数小时,无明显的暗电荷积累。 因此,一个49000电子全井产能的CCD 10电子读出噪声可以忽略不计的暗噪声的动态范围是4900左右,需要一个12位模数转换,或4096级灰度分辨率,充分利用图像传感器的动态范围。

一种CCD与49000个电子的满阱容量已达到最大的信号/噪声约220(49000的平方根)。 当然,相机的噪声会增加,正交,对光子统计噪声和减少低于此值的最大信噪比。 图像中的均匀区域的信噪比任何一个简单的估计可以由平均强度的感兴趣区域划分的区域的强度的标准偏差。

消费者经常使用的相机有一个长方形的格式CCD的纵横比为4的 3。 这意味着图像的高度是3 / 4的宽度应与基于景观的世界观视频标准。 事实上,消费级产品设计的新一代HDTV采用16 9的纵横比。 科学成像,另一方面,最好是用平方图像由方形像素作为他们更适合于数字图像处理研究。

CCD传感器的一致性非常好,具有小于百分之10的变异之间的增益光电二极管。 然而,遮荫可以引入图像从CCD相机由于电荷转移效率。 CCD的操作要求每个包电荷潜在的光电二极管被传送到读出放大器。 这种转移是通过一系列的并行和串行移位,移位沿芯片向一个角落包含读出放大器的电荷排。 如果读出放大器是一个1000×1000传感器CCD的右上角,从最近的那个角落,将只有一次向上转移到串行移位寄存器的光敏电荷(平移)和一次向右(串行移位)到达放大器。 另一方面,从光电二极管的电荷在左下角,将向上移动1000次,1000次被读出向右。 如果转换效率为每班百分之99.9,只有百分之13.5的左下的光电二极管的电荷积累在必需的2000位移保持。 这个电荷损失会使左下角到右上暗得多,也因为从相邻的光电二极管的电荷溢出会模糊或涂抹区域的图像。 这个概念是示意性地使用图8中的蓝色像素代表集成的电荷密度的说明。 在左下角的CCD像素(最远的像素的暗蓝色)显示慢慢失去颜色的强度的电荷转移是第一并行串行移位寄存器,然后连续到输出节点。 接近节点的像素(右上的“最近”的像素)也在深蓝色的说明和经历只有两步跳到输出节点的累积的电荷转移效率为百分之99.8,产量。

慢扫描CCD相机提高电荷转移效率的冷却CCD和减慢传输率。 在视频率CCD相机需要高速的电荷转移需要不同的策略。 这些相机,读出放大器增益调整,以弥补失去的每一行进行采样,额外的像素的图像区域以外的费用。 额外的增益所需的下行不可避免地增加在高度校正区域的传感器的噪声。

一些控制读出速率以及大小的像素构成的传感器慢扫描CCD相机允许的。 视频率CCD相机简单、不允许这样的控制。 减缓读出通常会降低阅读相关联的电荷放大器的噪声,有利的情况时,光子通量很低,信号可以产生相对缓慢(在第二次或两个而不是33毫秒)。 科学级CCD相机通常提供两个或两个以上的读出速率,速度可能会抵消噪声。

在一个科学级CCD像素的大小可能会增加的分级,在这一过程中从一簇相邻的光电二极管的电荷汇集和作为如果它来自一个更大的探测器。 在分级,几个移向串行寄存器和输出节点的存储区域发生之前读出。 装箱的程度取决于有多少变化发生在存储电荷读取,与唯一的限制是对串行寄存器的电荷存储容量(通常是一个单一的光电二极管的两倍)或输出节点(通常是三倍,光电二极管)。 寄存器的串行输出节点的最大电荷存储容量是不是在大多数荧光显微镜的应用关注因为装箱时,光的水平很低,很少检测到的光子。 装箱使研究者贸易空间分辨率的灵敏度。

有各种各样的科学CCD的市场上,具有广泛的阵列和单个像素的尺寸。 几种最受欢迎的CCD数字成像相机用显微镜发现列于表2。 目前,最流行的是索尼icx205ak行间转移CCD逐行扫描芯片支持高帧读出速率为30帧/秒。 本CCD有1360×1024有源像素阵列使用4.65×4.65平方微米的像素产生一个8-millimeter图像大小。 该芯片还具有灵敏度高,低电流,低涂片,优良的抗晕特征,和一个连续变速快门。

CCD规格
制造商

模型
格式 像素大小
(微米)
数组的大小
(毫米)
科达
kaf-2001ce
1732×1172 13×13 22.5×15.2
科达
kaf-3000ce
2016×1512 9×9 18.1×13.6
科达
kaf-3040ce
2144×1432 6.8×6.8 14.6×9.7
科达
kaf-6302ce
3052×2016 9×9 27.5×18.1
科达
kai-4000
2048×2048 7.4×7.4 15.16×15.16
索尼
icx205ak
1392×1040 4.65×4.65 7.6×6.2
网站
st-002a
2048×4096 15×15 30.72×30.72
马可尼
CCD 42-90
4608×2048 13.5×13.5 27.6×62.2
马可尼
CCD 48-20
1028×1033 13×13 13.3×13.3
飞利浦
ftf3020-c
3072×2048 12×12 36.8×24.6
飞利浦
FT18
1024×1024 7.5×7.5 7.68×7.68
表2

慢扫描CCD相机也允许感兴趣的读出区域。 这意味着一个选定的部分的图像可以显示和累积电荷的剩余丢弃。 帧速率一般在检测区域的大小减小而增大。 例如,一个CCD与1000×1000传感器的大小和十帧/秒的输出速率可以读出区域减少到100×100二极管产生100帧/秒。 交易的视场和帧速率,调查员可以调整到一个更广泛的范围内的实验条件下比将有可能与一个固定的帧速率的视频摄像机。

荧光弱光成像级别

由于在氧的存在下的光破坏的荧光染料的问题(“漂白”)和对荧光染料,可以涉及一个单一的区域数的限制,各种敏感的电子探测器用荧光显微镜。 只有约5%至10%的发射的光从激发荧光的收集和转移到在一个典型的落射荧光显微镜传感器。 有捕捉多这有限的光通量尽可能的两种方法 通过慢扫描CCD积分,如前所述,或图像增强和捕获的视频速率或逐行扫描CCD相机。 总的结论是,慢扫描CCD相机的冷却,会产生更高的信噪比增强型CCD,提供了足够的积分时间是可用的。

图像增强器(通过11看在图9的例子)被开发用于增强夜视军事用途。 他们有一个输入光电阴极跟随一个微通道板电子倍增器和磷光输出屏幕。 在这些设备的新一代光电阴极,而类似于光电倍增管,具有更高的量子效率(百分之50)在光谱的蓝端。 的微通道板的增益是可调的超过约80000的典型的最大范围宽(检测到的光子在输入导线从荧光屏的脉冲80000光子)。 荧光体与眼睛的光谱灵敏度和往往是不理想的一个CCD。 的增强型CCD分辨率取决于像增强器和CCD,但通常是由增强器微通道板几何有限的单独的CCD百分之75。 图像增强器的最新一代(表示蓝加三代或第四代;图9)采用较小的微通道(6微米直径)和更好的包装几何比以前的模型的分辨率和铁丝网固定模式噪声消除困扰早期的设备得到大幅提高。

图像增强器相比慢扫描CCD相机很难获得超过256倍的强度范围内有一个减少的intrascene动态范围(8位)从一个CCD相机增强。 像增强器增益可以迅速地改变以适应场景中的亮度变化,从而增加插入镜头的动态范围。 事实上,由于图像增强器可快速门控(关闭或在几纳秒),相对明亮的对象可以被可视化通过减少在“开”的时间。 一个门控加剧CCD相机,可变增益是市售的12个数量级的动态范围。 门控加剧CCD相机,是最需要的时间分辨荧光显微镜的应用由于探测器必须打开纳秒或获得快速调制同步光源下。

从光电阴极的热噪声以及从微通道板电子倍增噪声降低的信号-噪声加剧CCD相机在低于慢扫描CCD。 这些组件的光子通量的统计性质产生的噪声的贡献取决于该装置和阴极温度的增益。 一般来说,减少对强化阶段的增益来限制噪声虽然加剧CCD相机可带一个冷阴极。

加剧CCD相机有一个非常快的响应时间由输出磷光体的CCD相机定常读出来的公司是在图像采集中最慢的一步。 由于低光通量的荧光染料结合或活细胞内的CCD相机所产生的强化,经常被用来研究动态事件和离子敏感的荧光比例成像。 同时或几乎同时采集在不同的激发或发射波长的两个图像是比所需的CCD相机成像和强化有必要的速度和灵敏度。

 

一种混合的图像增强器和CCD相机是最近推出的,电子轰击CCD(EBCCD;图10)。 在该装置中,光子的光阴极类似于在一个图像增强器检测。 释放的电子被加速的差距和一个CCD的背面侧的影响。 这些高能电子产生多电荷导致在一个适度的增益几百的CCD。 该装置在一个冷却的优点,慢扫描CCD是额外的增益和相应的速度;主要缺点是光电阴极的量子效率的降低和减少动态范围。 增强型CCD相比,电子轰击CCD通常具有较高的空间分辨率和更好的信噪比在中等光照水平,但有限的增益调节范围和适度的低光水平的检测能力,使电子轰击CCD的固态相当过时的 (硅增强目标;图11)相机。

电子与视觉检测

人眼如何与电子探测器相比呢? 图6说明了眼睛的光谱灵敏度曲线,对应于明视觉和暗视觉,从视锥细胞和视杆细胞产生(图12),分别为。 峰值灵敏度是在绿色(555纳米的光与暗在507纳米)有明视觉和暗百分之10百分之3的最大量子效率。 我们的空间分辨率是不均匀的,不均匀分布的锥。 最高密度发生在黄斑中心凹视锥细胞之间的距离大约是1.5微米,给我们一个5到6微米的空间分辨率的视网膜上的限制。 在单色(黑色和白色)恒定光照条件下,视觉的intrascene动态范围只有约50倍(6位)。 我们的视觉色素视紫红质,很小,热噪声,和最小可检测信号的暗适应后约100至150的光子在光瞳或约10至15的光子在视网膜。 在视觉检测限眼睛/噪声信号大约是3 1。 滞后约20毫秒在高光的水平,约100毫秒在昏暗的照明。

很明显,与我们的眼睛,一个科学级CCD相机具有广阔的光谱灵敏度,更高的量子效率,更大的整合能力,更均匀,更好的intrascene动态范围(更多的“位”),类似的或更高的信号/噪声,但较低的空间分辨率。 当与我们的视觉系统,微光摄像机有更宽的光谱范围,减少滞后和更大的灵敏度和分辨率的光子有限的条件下。

选择合适的相机

没有一个单一的探测器将在荧光显微镜和调查所有的要求往往是被迫妥协。 此外,选择是困难因为慢扫描相机的速度越来越快、视频摄像机通常冷却率。

当时间是关键参数,增强的相机往往是唯一的选择。 如果被调查事件是快速但可精确触发,慢扫描CCD在突发或高速模式操作可能是合适的。 然而,当事件是不容易预测和试样必须连续监测在低入射光通量的加大,CCD探测器的选择。 因为这个原因,单分子荧光的研究通常采用CCD相机增强。

当时间是可用于图像融合,慢扫描CCD相机通常会在各方面优于增强相机,在很大程度上是由于其高量子效率和更低的噪音。 冷却总是提高相机性能虽然差异可能不可忽视的积分时间在几秒或更短和数字化水平为10到12位或更少。 对于涉及数字反卷积的应用,选择的检测器是一个冷却,科学级,慢扫描能够产生高分辨率的相机,14位到16位的图像。 然而,一些最新的CCD有这么小的像素融合的时期必须限制以避免威尔斯饱和,因此,动态范围和峰值信噪比可能没有比那些一个加剧CCD。

两种类型的彩色CCD摄像机用于科学应用 一个单一的CCD具有波长选择滤波器或一三传感器(三芯片)相机。 使用过滤器来产生红,视场的绿色和蓝色的版本。 单传感器的相机利用贴壁滤波器,滤波器轮或液晶可调谐滤波器获得的红色,绿色,和蓝色图片。 当一个可调谐滤波器或滤波器采用三轮,必须获得序列图像。 三传感器的相机有一个分束棱镜和装饰的过滤器,使每个传感器图像的适当的颜色,同时获得所有三个图像。 总是,彩色摄像机是比他们的同行不敏感的单色由于附加束波长选择元件。 在一些应用中,特别是免疫荧光,灵敏度的损失是由能够捕获多波长同时偏移。 此外,一些彩色摄像机采用压电控制易位的机制来抵消CCD稍达到较高的分辨率,从而提高采样频率。

最近在CMOS相机的性能改进,预示着一个潜在的未来的重要作用,这些设备在荧光显微镜 CMOS相机有一个放大器和数字化与集成相关格式的每个光电二极管。 与每个像素有助于减少噪音和失真水平个体的放大器,但他们也引起一个神器被称为“固定模式噪声”来自开关和采样个别像素放大器的文物。 这表现在重现模式的“斑点”的CMOS有源像素传感器设备产生的图像的行为。 大量的研究工作已投入这一问题的解决,以及噪声的残留水平已经大大降低了CMOS传感器。 其结果是一个廉价的,紧凑的,灵活的检测器结合硅检测美德没有电荷转移的问题。 CMOS传感器允许单个光电二极管的增益控制,感兴趣的读出区域,高速采样,电子快门和曝光控制。 他们有非凡的动态范围以及计算机接口的一个理想的格式。 它是可能的,他们将取代在不久的将来科学应用CCD相机。