捕捉细胞内分子活动发生的动态过程, 从细胞分裂到囊泡运输再到胞内钙离子浓度变化等大量快速发生和发展的生理过程是很多科研工作者的需要。这个过程不仅要求较高的时间分辨率, 还要求较低的激发光强度以使样品的淬灭和光损伤达到最小。因此, 相机的高灵敏度图像传感器起到了决定作用。鉴于近几年图像传感器发展迅速, 本文对其进行了系统的阐述, 综述了相机的图像传感器技术上的最新突破和改进。进而, 总结了其在活细胞成像中的应用, 对比了两种主流传感器并展望了未来发展趋势。
图像传感器 活细胞成像 电子倍增电子耦合元件 科学互补金属氧化物半导体 image detectors live cell imaging electron-multiplying charged-coupled device (EMCCD scientific complementary metal-oxide semiconductor
张元涛 1,2,3,*柴孟阳 1,2孙德新 1,2,3,4刘银年 1,2,3,4,*
1 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
2 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
为实现高分辨率大动态范围的空间微光(LLL)成像,提出基于全局快门科学级互补金属氧化物半导体(sCMOS)图像传感器的数字域时间延迟积分(TDI)微光成像方法。通过推导数字域TDI成像数据处理方法,建立了系统信噪比(SNR)模型,提出了数字域TDI大动态范围成像方法,并分析了速度失配导致的调制传递函数(MTF)退化现象。实验结果表明,该方法能够明显提高微光成像质量,当数字域TDI积分级数为30时,系统SNR由未积分的5.04 dB提高到19.78 dB,动态范围比传统数字域TDI方法提升了29.54 dB,为实现高分辨率大动态范围空间微光成像提供了保障。
成像系统 微光成像 微光成像仪 数字域时间延迟积分 科学级互补金属氧化物半导体探测器 动态范围
1 中国科学院上海技术物理研究所, 上海 200083
2 中国科学院红外探测与成像技术重点实验室, 上海 200083
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 中国科学院上海技术物理研究所启东光电遥感中心, 江苏 启东 226200
分析了基于科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）图像传感器的微光成像系统的噪声特性，建立了系统噪声模型并进行了系统噪声测试。结果显示，系统噪声的均方根值小于1 e-。建立了系统信噪比模型，计算得到微光成像系统在10-3 lx的夜天光照条件下的信噪比优于1，理论值与实测值之间的误差小于10%。提出了一种自适应的条纹噪声处理方法，有效消除了低照度图像中的行条纹噪声，采用对比度受限的自适应直方图均衡的方法提升了高动态范围图像的对比度。
探测器 微光探测 微光成像仪 科学级互补金属氧化物半导体（sCMOS）探测器 信噪比 条纹噪声 图像增强 激光与光电子学进展
2018, 55(8): 080401
1 华中科技大学-武汉光电国家实验室(筹), Britton Chance生物医学光子学研究中心, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学工程科学学院, 生物医学光子学教育部重点实验室, 生物医学工程协同创新中心, 湖北 武汉 430074
3 武汉软件工程职业学院电子工程学院, 湖北 武汉 430205
超分辨定位成像是一种代表性的超分辨成像技术，弱光探测器是该技术不可或缺的组成部分。和传统的串行输出EMCCD相机相比，并行输出sCMOS相机具备成像视场大、成像速度快和读出噪声低等优点，为超分辨定位成像带来了新的机遇，可在视频速率成像和大视场成像中取得明显成效。基于sCMOS相机的超分辨定位成像技术面临着高速相机带来的海量数据，需要解决数据传输、存储和计算等多环节的问题。从超分辨成像技术及相机的发展着手，讨论了基于sCMOS相机的超分辨定位成像技术的发展现状以及面临的机遇与挑战。
生物光学 超分辨成像 sCMOS相机 定位成像 大视场
