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那么下面上海金鵬分析儀器有限公司為大家簡單介紹一下關(guān)于凝膠成像系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(一):
凝膠成像系統(tǒng)包括成像系統(tǒng)和分析凝膠圖片的軟件系統(tǒng)。我們在選購時需要分別從這兩個部分來考察凝膠成像系統(tǒng)的功能參數(shù)。
如果您主要用它來拍普通核酸膠或蛋白膠,那么幾乎市場上所有的成像儀都可以很好的滿足您的需求。這時除了價格這個決定因素外,能比較的也就是一些操作是否簡便等不太重要的指標(biāo)了。
但是對于準(zhǔn)備做化學(xué)發(fā)光的用戶,他們需要對敏感度要求高,同時還要求比較寬的動態(tài)范圍。因?yàn)橐氩东@到微弱的化學(xué)發(fā)光,需要上佳的CCD相機(jī)和鏡頭。
一般來說,CCD相機(jī)的冷卻溫度和背景噪音息息相關(guān),溫度越低,噪音就越低。因此,-25℃的優(yōu)良制冷溫度是對相機(jī)的**個要求(更低的溫度,噪音降低效果不明顯,而量子效率又會受很大影響);另外,較大的像素能夠提供更高的捕光效率;所以對于相同大小的CCD芯片,需要注意像素的尺寸。
鏡頭的參數(shù)就簡單了,由于我們只需要觀察近距離的樣品,而且一般可以調(diào)整樣品位置(有些廠家甚至提供電動樣品升降平臺),所以基本無需選擇長鏡頭或者變焦鏡頭;但是,由于我們需要檢測微弱的化學(xué)發(fā)光,鏡頭的光圈則至關(guān)重要,一般F值越小,其通光量越大,而且成平方反比關(guān)系,因此我們一般需要選擇光圈F值盡量小的鏡頭。另外,如果鏡頭是電動的,我們可以省卻打開機(jī)箱,反復(fù)手工調(diào)整光圈和聚焦等的煩惱。
其他我們需要考慮的包括光源、濾光片和暗箱等部件。光源的種類和發(fā)光的均一度,濾光片的數(shù)量和暗箱的遮光效果等均在我們的考慮范圍之內(nèi)。當(dāng)然,一般如果成像儀的CCD和鏡頭配置不錯,一般這些部件也不會太差。
在選擇凝膠成像系統(tǒng)時,我們關(guān)注的問題通常有以下一些方面:
1、像素越高是不是成像更清晰,產(chǎn)品就越好?
像素是要針對成像設(shè)備來看的,其實(shí)CCD本身的質(zhì)量比單純的像素高低更重要。對于同級別CCD來說,重要的指標(biāo)是CCD的尺寸大小,尺寸越大其本身價值就成幾何倍地增長。
2. CCD和CMOS有什么區(qū)別,哪種芯片更好?
CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上,而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上。
從原理上,CMOS的信號是以點(diǎn)為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,前者更為敏感,速度也更快,更為省電。
但CCD制造工藝較復(fù)雜,采用CCD的攝像頭價格都會相對比較貴。事實(shí)上經(jīng)過技術(shù)改造,目前CCD和CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少,所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。
在成像方面,相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好,色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般,對實(shí)物的色彩還原能力偏弱,曝光也都不太好,由于自身物理特性的原因,CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于CMOS低廉的價格以及高度的整合性,因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。
現(xiàn)在上等的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工藝還不是十分成熟,普通的CMOS 一般分辨率低而成像較差。
目前的情況是,許多低檔入門型的數(shù)碼相機(jī)使用廉價的低檔CMOS芯片,成像質(zhì)量比較差。普及型、上等型及專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用不同檔次的CCD,個別專業(yè)型或準(zhǔn)專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)使用上等的CMOS芯片。代表成像技術(shù)未來發(fā)展的X3芯片實(shí)際也是一種CMOS芯片。
CCD與CMOS孰優(yōu)孰劣不能一概而論,但一般而言,普及型的數(shù)碼相機(jī)中使用CCD芯片的成像質(zhì)量要好一些。
3、如何看待CCD的一些主要技術(shù)參數(shù)?
CCD的主要技術(shù)參數(shù)有CCD尺寸,有效像素,信噪比,采集位數(shù)等。其中CCD尺寸與信噪比都是影響成像的關(guān)鍵因素,尺寸越大能接受的信號就越多。而熱噪音越低,信噪比就越高,成像質(zhì)量也就越好。采集位數(shù)指色彩灰度的表達(dá)范圍。如采集位數(shù)為8則表示有2的8次方數(shù)量的灰度來還原色彩。
4.什么是分辨率,它與像素值有什么關(guān)系?
分辨率的大小和像素值是分不開的,像素值是指CCD能分辨到的*小的感光元件,我們平時說的多少萬像素就是這些感光元件的個數(shù)了。
所以一般來講像素越多,成像也就越清晰細(xì)膩,當(dāng)然這其中還要受許多因素限制。但是高像素也不一定是好的CCD,其原因就是像素大小(PixelSize),也是很重要的因素,相同數(shù)目的像素,排列越密集,像素之間就越容易出現(xiàn)電流干擾,容易出現(xiàn)"噪點(diǎn)"等干擾成像質(zhì)量的現(xiàn)象出現(xiàn)。由于制造工藝的限制,增加尺寸,成本將會以幾何級數(shù)提高。
現(xiàn)在大部分廠家的CCD為了提高圖像的靈敏度,會使用像素合并的技術(shù),像素合并是一種非常有用的功能,它可被用來提高像素的大小和靈敏度。
5.什么是動態(tài)范圍值,它如何反映CCD的性能?
動態(tài)范圍決定著你能否同時在一張膠上同時看到強(qiáng)的信號和弱的信號,而且他們之間能保持比較好的定量關(guān)系。一般動態(tài)范圍采用數(shù)量級來表示,這個數(shù)越大,表明動態(tài)范圍越寬。
灰階表示一種表征光亮度的方法,12bit表示從*暗到*亮等分為212=4096個級別,16bit即分為216個級別,可見bit值越高能分出的細(xì)微差別越大。目前來說,市場上主流的凝膠成像的CCD以12bit為主,16bit的儀器一般情況下,分辨率均在200萬像素左右,對于真正的16bit,而像素值又近400萬的CCD是非常少見的。
簡單的說,動態(tài)范圍表示在一個圖像中*亮與*暗的比值。動態(tài)范圍的值越高CCD性能越好.
6. 為什么需要制冷CCD,它適用于哪些情況?
在曝光超過5-10秒時,CCD芯片就會發(fā)熱,沒有致冷設(shè)備的芯片,“熱"或者白的像素點(diǎn)就會遮蓋圖像,圖像到處可見雪花。
在相同滿井電子的CCD情況下,降低CCD噪音,就能提高CCD的監(jiān)測能力,熱或者暗電流對于CCD都是噪音,噪音在制冷 CCD中基本都可以被深度致冷的Peltier消除。
CCD結(jié)構(gòu)設(shè)計、數(shù)字化的方法等都會影響噪音的產(chǎn)生。當(dāng)然通過改善結(jié)構(gòu)、優(yōu)化方法,同樣能減少噪音的產(chǎn)生。
制冷CCD的適用性:熒光及化學(xué)發(fā)光本身較弱,所以對CCD噪音的降低要求很高,應(yīng)選用高分辨率數(shù)字冷卻CCD相機(jī)結(jié)合高通透鏡頭系統(tǒng),使其能夠捕獲到信號其微弱的熒光及化學(xué)發(fā)光樣品圖像,并且能夠大程度的降低噪音,減少背景,提供出色的圖像清晰度。
另外可選激發(fā)光源及多位濾鏡輪擴(kuò)大了熒光/化學(xué)發(fā)光成像的應(yīng)用范圍。所以一般在熒光及化學(xué)發(fā)光觀察時需要選擇制冷CCD。所以制冷CCD相機(jī)優(yōu)良是優(yōu)異分子影像成像分析系統(tǒng)的未來的發(fā)展趨勢和必須要求。
7.什么是信噪比和暗電流,它與CCD有什么關(guān)系?
提到制冷CCD ,我們就必須提到另外一個參數(shù)就是信噪比, 圖象的信噪比應(yīng)該等于信號與噪聲的功率譜之比;說到信噪比就不得不提到暗電流了,因?yàn)榘惦娏魇菍?dǎo)致CCD噪音的很重要的因素。
暗電流指在沒有曝光的情況下,在一定的時間內(nèi),CCD傳感器中像素產(chǎn)生的電荷。我們在做化學(xué)發(fā)光檢測的時候,需要的曝光的時候比較長,這樣導(dǎo)致CCD產(chǎn)生較多的暗電流,對圖像的質(zhì)量影響非常大。
通常情況下,通過降低CCD的溫度來限度的減少暗電流對成像的影響。CCD產(chǎn)生的暗電流隨著溫度下降而減少,但是在-23℃下曲線開始趨于平緩,由此可以看出溫度并非需要無休止的降低的。所以在選擇冷CCD時,溫度在-25℃(優(yōu)良溫度,非室溫以下)下一般就可以達(dá)到您的要求了。
有的CCD是在圖像生成后,通過軟件去背景來扣除暗電流,對于信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于背景的有一定效果,但是對于弱信號處理過程中會產(chǎn)生越來越多的錯誤。
8.什么是量子效率?
CCD的量子效率也稱像素靈敏度,指在一定的曝光量下,像素勢阱中所積累的電荷數(shù)與入射到像素表面上的光子數(shù)之比。不同結(jié)構(gòu)的CCD其量子效率差異很大。值得注意的是CCD的量子效率與入射光的波長有關(guān)。動態(tài)范圍的值越高CCD性能越好.
以上就是上海金鵬分析儀器有限公司為大家整理總結(jié)凝膠成像系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(一)。
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