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鑫图相机大家评——中山大学用户测评鑫图冷ccd 相机

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2012-11-21
应用实例
 基于广大用户对鑫图相机了解鑫图相机的需要,鑫图于2010年9月与中国显微图像网携手举办“鑫图TCC-3.3ICE-N冷ccd相机新品测评活动”,活动受到广大网友的热烈支持!在此,鑫图摘录其中几篇测评报告,供大家参考!更多具体的内容和测评报告,详见中国显微图像网
 
注:本次摘录有删选,查看全文,请进中国显微图像网!http://www.microimage.com.cn/bbs/thread.php?fid=94
 
 
本篇作者: 中山大学      方策
 
相机外观与软件操作界面简介
第一眼看到鑫图这款CCD的时候,比想象中的要小一点,不过拿在手里面感觉还是挺有分量的。相机结构设计紧凑,采用的是C型接口,通用性很高,可以很方便地搭载在我们实验室现有的各种显微镜上(图1)。正上方有个很可爱的小风扇,用于散热,让我联想起显卡上的小风扇。光盘中的说明书同时配有图片和文字说明,还是挺详细易懂的。按照提示,安装相机驱动,图像软件也十分简单快捷。相对于国外一些图像软件来说,软件界面感觉相对简单,外观有点类似Windows中的资源管理器,不过这也有利于使用者能够快速上手(图2)。软件中央有个CCD的图标,双击后就可以进行实时预览了。可以进行单张图片拍摄,也可以进行视频录制,在下拉菜单中可以对图片格式,文件命名方式,视频格式,视频压缩格式等等参数进行设置。曝光时间可以设为自动和手动调节,大部分用透射光观察的样品拍摄时自动曝光还是基本准确的,对于拍摄荧光样品或亮度分布差异较大的样品,很多时候就需要用到手动调节曝光了。图像拍摄窗口中有个“剪切”键,可以自由选定感兴趣区域进行截取拍照;或者先通过剪切一个小区域进行对焦,然后取消剪切效果进行全区域拍摄。这个功能操作很简便,而且实用性很强,赞一个!
 
图森相机
 
1. 连接鑫图TCC-3.3ICE-N相机的Zeiss Imager A1(左上),Z1(右上)荧光显微镜,Leica M205 FA体视荧光显微镜(左下)与Nikon SMZ800体视镜(右下)。
 
一、CCD拍摄测评
(一)、生物镜透射光样品拍摄
1.明场拍摄(色彩还原,白平衡测试)
首先测试下标准切片,选用的是Leica共聚焦配备的Convallaria 铃兰草切片(图3)。曝光时间调好后,再点击自动白平衡,对于染色丰富的样品自动白平衡会出现较大偏差(图4左)。对于这种情况,建议把视野移至完全空白处先做自动白平衡,然后再移至感兴趣区域进行拍摄,这样白平衡就准确多了(如图4右)。拍出来的照片色彩还是挺讨人喜欢的。再看63×油镜下的成像,色彩还原还是相当准确的(图5)。对于色彩不太丰富的样品,自动白平衡一般都挺准确的(如图6)。
 
铃兰草切片
 
图4.白平衡测试,Convallaria 铃兰草切片,从左到右依次为TucsenTCC-3.3ICE-N + 自动白平衡;TucsenTCC-3.3ICE-N + 先空白处白平衡再重新构图拍摄。
 
 
铃兰草切片2
 
5. Convallaria 铃兰草切片,63×物镜下Tucsen相机拍摄,色彩还原准确
 
当我拍摄拟南芥原生质体的时候,拍出来的绿色不够亮丽(如图7左),这种情况可以通过选用相机设置中“色彩增强模式”,效果会改善很多(如图7中)。蔡司相机拍摄的效果正好处于两者之间,放大仔细看会觉得颜色看起来稍微自然一些。
 
2.DIC样品拍摄(动态范围,细节表现力,背景噪音,图片采集速度测试)
手头上正好有个真菌的样品,菌丝会缠绕在叶毛上,由于叶毛的折光性,叶毛亮度会很强,正好可以用这个样品来测试下相机的动态范围。由于这两款相机采用的CCD,灵敏度,连接光路等各方面参数都有差异,所以我测试的方法是通过调曝光时间把菌丝拍成相近的亮度,此时再来比较叶毛部分的曝光情况。如图8
 
图森ps蔡司
 
8. 动态范围测试,叶毛上的菌丝DIC拍摄,左为Tucsen相机拍摄,右为蔡司相机拍摄
 
再通过一个动物细胞的DIC成像效果来对比一下相机的细节表现力。从图9中Tucsen相机的效果来看,细胞核周围的物质颗粒感清晰,细胞核边界清晰,跟蔡司的相差不大。
 
动物细胞
 
9. 细节表现力测试,动物细胞(63×DIC)
 
再来看看相机的背景噪音控制得如何。样品是我从自己养的富贵竹花瓶中取出的一滴水。仔细观察了下,大概有3,4只小虫子和一丁点藻类,看来我们学习室还是挺干净的。有2只红色眼点的虫子,配上DIC效果很漂亮,但是这个小虫子太活跃了,一直爬个不停,相机反应有延迟,我只能等着水分慢慢蒸发了,过了段时间终于变得老实些了,赶紧拍,别一会儿给干死了。从图10中可以看出Tucsen相机拍出的图片背景中分布着一些杂色噪音,而蔡司相机拍出的背景很光滑干净(注:由于拍摄这组图片时对软件操作不够熟悉,没有留意相机的增益情况,背景噪音过高有可能是相机ISO自动增益所引起的,如果降低ISO增益会相应的降低背景噪音,详情请参见后面荧光成像中的ISO增益测评)。
 
图森 ps 蔡司
 
10. 背景噪音测试,原生动物DIC拍摄,图片原始尺寸局部细节对比,左为Tucsen相机拍摄,右为蔡司相机拍摄,由于小虫子的内脏蠕动,图片下部有些发虚,两张图片均采用相同的曝光时间。
 
 3.相差样品拍摄(细节表现力与白平衡测试)
 
    通过图14中动物细胞的相差拍摄效果来看,Tucsen相机的细节表现力还是略显不足,但是在白平衡方面完胜蔡司相机。在拍摄这个样品时,不论是用自动还是手动白平衡,蔡司相机都无法达到Tucsen相机的效果,这倒是有点出乎我的预料。
  
白平衡与细节表现能力
 
14. 白平衡与细节表现力测试,动物细胞(20×相差)
 
 
透射光拍摄小结:从以上明场,DIC和相差三种透射光观察模式拍摄图片来看,Tucsen这款相机还是能很好地胜任多种样品的拍摄的,只是不太适用于一些快速运动的样品。自动白平衡可以通过对空白处白平衡来进行改善。色彩还原不错,动态范围,细节表现力和控噪能力表现还行,完全能满足一般科研需求。整图效果令人满意。
 
(二)、生物镜荧光拍摄
1.荧光专用动植物测试切片
    由于测试片中的荧光都较强,而且不易淬灭,所以对于以下几种动植物组织切片的多色荧光成像,Tucsen相机表现还是不错的,整图效果令人满意(图15,16,17,18),跟蔡司相机拍出的效果相差无几,在此就只列出Tucsen相机拍摄的图片。
 
图森荧光拍摄
 
15. 动物组织测试切片
  
 
16. 动物组织测试切片
  
图森荧光拍摄
   
17. 植物组织测试切片
  
图森荧光拍摄
  
18. 植物组织测试切片
 
2.ISO增益与灵敏度对比
当拍摄弱荧光时,自动曝光会自动把ISO增益至400,以缩短曝光时间和增强信号,但是此时背景噪音也会变得很强(图19)。在不进行增益或低度增益的情况下,需要很长的曝光时间才能拍出适合亮度的荧光图片,但是由于长时间曝光拍摄,图片中GFP的颜色会变得有些泛青(图19)。在不进行增益的情况下,对Tucsen和蔡司相机进行了灵敏度测试(图19)。相比之下,Tucsen相机的灵敏度差了些。
 
增益与灵敏度
 
 
19. Tucsen相机在各种ISO增益条件下,拍出相同亮度荧光照片所需要的曝光时间长短及信噪比对比
 
 
曝光时间对比
 
 
 
3.自制动植物样品实拍
    对于强荧光样品,Tucsen相机的表现一如既往地好,信噪比控制得很好(图20),同时也可以进行录像。(图20)。
 
 
细胞
 
20. 拟南芥气孔保卫细胞中GFP标记的过氧化物酶体(左)和茎细胞中GFP标记的细胞核(右),细胞核中间的空洞推测是核仁。
 
背景噪音对比
  
20. 荧光成像时的背景噪音对比,拟南芥茎细胞中GFP标记的过氧化物酶体。(左为Tucsen相机,右为蔡司相机)
 
生物镜荧光成像小结:对于荧光成像,Tucsen相机表现不错,信噪比较高。整图效果还是令人满意的。
 
(三)、体视镜拍摄
测试完了生物显微镜,再来看看这小家伙在体视镜上的表现吧。由于光学系统的差异,相同的样品在体视镜下要比生物镜下的荧光弱很多,所以体视镜下拍出的照片就不如生物镜的那么漂亮了。由于时间限制并没拿其他相机进行对比测评。下面就展示一些实拍图片。
 
图森拍摄
 
 
22. 拟南芥花药中的绿色荧光。荧光(左)+落射光(右)拍摄。
 
图森拍摄
 
 
23 24中拟南芥花药放大拍摄,荧光(左)+落射光(右)拍摄。
  
图森拍摄
  
25. 拟南芥整张叶片中的绿色荧光,荧光(左)+落射光(右)拍摄。
  
从图25中可以看出叶片的落射光成像有点不正常,点了自动白平衡不管用。由于要荧光成像,我当时放叶片用的是一块黑板,当我把叶片放在白板上,点自动白平衡,颜色恢复正常;当我再转至黑板拍摄时,点自动白平衡,颜色还是不正常,在我点击黑平衡后,颜色居然恢复正常了(图26)但是背景黑板的颜色还是不正常。之前只知道在荧光拍摄时,当背景噪音很高时,点击黑平衡可适当降低些噪声,原来除此之外黑平衡还可以干这个用,后来才知道,拍摄荧光时要做黑平衡,算是学习了
 
图森拍摄
  
26. 拟南芥叶片白平衡对照
 
体视镜拍摄小结:,Tucsen这款CCD无论是在体视荧光还是在落射光成像时,表现稳定,效果也不错。但相比于生物镜,体视镜下的荧光会稍微弱一些,此时拍摄更需要对相机的各种参数进行耐心的调节,拍摄所费时间会相对变长。
 
CCD拍摄成像小结:Tucsen这款TCC-3.3ICE-N CCD,C型接口通用性高,能很好的整合到现有的各种显微镜上。相机成像色彩还原准确,在明场,DIC,相差和荧光等多种观察模式下,成像质量稳定,通过降低CCD温度,背景噪音控制得也不错,整体表现不俗,能满足一般常规科研的需求。与Zeiss HRc相机相比,性价比远远高于国外进口的CCD。
  
二、软件功能测试
(一)、图像处理
由于时间仓促,就介绍几个常用和实用的图像处理功能吧:
1.“镜像”和“旋转”:由于这两款相机拍出来的像的方位是不一样的,对比照片时,经常要使用这两项。
2.“图像合并”:用于多色荧光叠加
3.“亮度/对比度/伽马值”:适当调节后可提高图片的信噪比(图27)
4.“阈值”:处理后,图片中亮度低于所设阈值的像素点被显示出黑色,高于阈值的则被显示出白色。通过设定阈值为254处理图11后,图片中的白点就是亮度为255的像素点(即过曝点),这样能更直观地反映出相两张图片的过曝情况(图28)。
5.“中值化”与“高斯模糊”:两者是经典的平滑噪声的方法。相对于处理前颗粒感很强的背景噪声,处理后噪声都显得较为平滑(图29)。两者的区别在于,“中值化”对边缘信息保存较好,而“高斯模糊”会使信号变得模糊,边缘信息丢失严重(图30)。
6.线性滤镜中的“浮雕”:能把一张明场图片变成一张轮廓清晰,立体感很强的图片,效果很好。
  
软件功能测试
 
27. “亮度/对比度/伽马值”调节效果对比,左为处理前,右为处理后。
  
软件功能测试
  
28. “阈值”处理效果,本图是图11经过“阈值=254”处理后的图像,可以看到左边(Tucsen相机)过曝区域的面积要远远大于右边(蔡司相机)。
  
图森
 
30. “中值化”与“高斯模糊”处理效果,2475%原始尺寸图片效果比较。图片左边较暗处的信号为噪声,右边较亮处是信号,两者都能使噪声都显得较为平滑,“中值化”对边缘信息保存较好,而“高斯模糊”使信号变得模糊,边缘信息丢失严重。
 
立体感
 
31. 线性滤镜中的“浮雕”处理,左图为明场照片,右图为处理后的效果图,立体感很强。
 
(二)、测量
1.比例尺校正
测量之前要对比例尺进行校正,我用的Carl Zeiss的5+100/100 mm的微尺(图32)。首先要分别在不同物镜下给校正微尺拍摄一张图片(图33),再通过软件来制作比例尺。在对应的图片上画一条已知长度的直线,同时软件可以算出这条直线的总像素点,两者一除就能得出在不同物镜拍出来的照片中的每个像素点所代表的实际长度(图34)。按照软件提示一步步操作,还是挺简单的。根据拍摄图片所用的物镜,从校准表(图35)中选择对应的标准尺应用到图片,就可以对图片进行准确的标尺添加和数据测量了。
  
100图森
  
32. Carl Zeiss5+100/100 mm的微尺
  
(二)、测量
 
33. 10×物镜下的校正微尺,1mm被分成了100等份。
  
图森软件
  
34. 比例尺制作过程
  
  
35. 最后得出的校准表
 
2.测量工具
Tucsen软件提供的测量工具还是很多的,可以测量直线长度,长方形,圆形和多边形的周长与面积,角度,弧度,做标记,做注释。同时还可以对这些图标进行粗细,字体和颜色调节。值得夸奖一下的是圆形测量工具,只要依次点击圆形样品上的任意三点就会出来个圆形标记,精确度很高,操作也很简单快捷,比以圆心和直径来定位圆形的工具要好用。测量数据可在另一窗口中排列成表,并能以通用的Excel表格形式导出。
  
tusen
  
36. Tucsen图像软件各种测量工具效果图
  
个人感悟
鑫图这款相机对于大部分常规样品成像的效果还是挺令我满意的。跟国外大厂商的CCD成像相比,从照片质量的角度来看,差距不大,但我觉得最大的差距在于操作体验上的差异。只要你细心摸索,用Tucsen这款相机能拍出很漂亮的图片,很多时候甚至能与贵它好几倍的蔡司相机的效果相媲美,但是我要花费的时间和操作步骤也要多出几倍,如移动样品和调焦时有延迟和拖影,自动白平衡出问题时,我要移动空白处自动白平衡,再移回样品处进行拍照。而像我之前经常用的搭载在SteREO Lumar.V12上的AxioCam MRc彩色相机,我看的主要是植物叶片染色,一般我都不用目镜观察,就直接CCD成像实时观察,130万像素全屏显示,样品移动和调焦时几乎没有拖影和延迟,观察效果感觉比目镜还要明显,看到想要的东西就可以马上拍下来,切换光路都省了,十分方便快捷。完美的操作体验,这也正是iPhone,iPad等苹果产品热卖的重要原因之一,当然完美的操作体验是需要强大的硬件和软件来支持的。希望Tucsen能更多的把改善用户操作体验融入自己的产品研发与设计中。
 
当然很多功能的实现和改善可能会有技术的障碍和成本上的限制,这些只是我从用户操作体验的角度提出来的建议,仅供参考。期间也跟Tucsen的技术支持联系过,他们也正在对某些方面进行改进和完善。这篇测评报告花费我不少时间和精力,当然我也从中获得了很多知识和乐趣,看到国产相机的不俗表现,心里感觉还是挺欣慰的。希望能有一天我们国人用国产显微镜和国产CCD拍出来的照片,也能时常被刊登在Nautre,Science等各大权威期刊的封面上!最后,衷心地希望Tucsen的产品做得越来越好,显微图像网的人气越来越旺!
 
 
 
附:此片报告受到广大网友的一致好评,作者认真负责的精神可见一般,在这里Tucsen对该网友认真负责表示衷心的感谢! 
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