產品知識
                                      products information

                                      字號:   

                                      用于昆蟲分類學研究領域的顯微成像新技術

                                      作者:hzh來源:技術部 日期:2009年12月1日 15:06
                                      用于昆蟲分類學研究領域的顯微成像新技術
                                       
                                       
                                      摘要 對于昆蟲分類學家而言,一張栩栩如生的昆蟲圖片可以使他們在描述物種時達到事半功倍的效果。但是,傳統的幾種拍照方法都沒能很好的解決這個問題。而光學共聚焦顯微圖像系統則可以很好的解決這個難題。為此,我們從工作原理、系統構成及各部分的功能等方面對它作了簡單的介紹,以期成為專家學者們科研、工作的好助手
                                       
                                      對于昆蟲分類學家而言,在發表新的物種或研究成果的時候,單純的文字描述往往顯得比較抽象、難懂,如果能在文中配有真實、清晰的昆蟲圖片,就可以達到一目了然,事半功倍的效果。因此如何獲得滿意的昆蟲圖片就成了昆蟲分類學家所關心的問題。但是在我們使用光學顯微鏡觀察昆蟲標本時,因昆蟲大多都具有立體感,表面是不平整的,并且起伏程度也往往都超出了顯微鏡的景深范圍,這時獲取到的昆蟲圖片就只能有一些局部是清晰的,另一些局部則是模糊的,無論怎樣調焦都不能獲得一張全清晰的圖片。這個問題是大多數昆蟲學家在拍攝昆蟲的過程中是都會碰到的,那我們該如何去解決呢?以往的解決方法主要有以下2種:
                                       
                                      1 獲得全清晰圖的傳統方法
                                       
                                      1.1利用掃描電鏡來獲得圖像
                                      掃描電鏡具有超高的圖像分辨率(納米水平)和大景深范圍(比一般光學顯微鏡景深大100-500倍),可以解決景深的問題,但是掃描電鏡所成的像是黑白的,沒有顏色信息,并且其購置和使用維護成本高昂,通常需要專人操作和維護,而且操作也不方便,很多時候會破壞樣品(對非導電樣品有可能需要鍍一層金屬導電層)。因此在使用上受到了不少的限制。
                                      1.2利用體視顯微鏡來獲得圖像
                                      體視顯微鏡比普通顯微鏡的景深范圍(約1~100微米)大一些,并且和掃描電鏡相比較來說它的價格便宜,使用方便。但它的圖像分辨率比較低(物鏡倍數一般小于4倍,且數值孔徑低,比較適合百微米或更粗大的細節的觀察),并且景深也非常有限,很多表面起伏較大(達到毫米級)的樣品仍無法滿足。
                                       
                                      2 光學共聚焦顯微圖像系統
                                       
                                      現在光學共聚焦顯微圖像系統的出現很好的克服了以上兩種方法存在的缺陷。光學共聚焦顯微圖像系統是一種集成了光學和數字圖像分析技術,特別適用于采集非平面樣品圖像的顯微成像新技術。它徹底解決了傳統光學顯微鏡成像時高倍數與大景深不能共存的問題,使樣品的不同高低部位都能清晰的成像。它不僅可以獲得像電鏡圖像一樣的巨大景深和精致的細節,還能得到電鏡圖像所沒有的真實色彩。能夠帶給讀者手繪圖片所不能達到的視覺效果。
                                      接下來作者將從工作原理、系統構成及各部分的功能等方面來對光學共聚焦顯微圖像系統作一簡單介紹:
                                      2.1 工作原理
                                      首先通過調節顯微鏡達到樣品的不同聚焦層面(這里注意調焦步距要小于景深,若大于景深就會有信息遺失,圖),然后將所有這些層面的圖像用數碼成像設備拍攝并傳輸到計算機(這些層面圖像中的每一幅都有不同于其他圖像的清晰部位,它們分別記錄了樣品不同部位的形貌和顏色信息),最后經過專用圖像處理軟件的分析、融合,最終得到一幅全清晰的高品質圖片。
                                      2.2系統構成及各部分的功能
                                      光學共聚焦顯微圖像系統主要是由成像單元、電動調焦移動單元、圖像采集單元和圖像處理單元四部分構成的,接下來我們分別來了解一下這幾個構成部件:
                                      2.2.1 成像單元
                                      成像單元主要指的是專用的光學顯微鏡,它是一套特別設計的顯微鏡系統,采用的是同軸光路的方式,即它的聚焦移動方向與成像光路的光軸是同向的(普通的體視顯微鏡都是有夾角的),這保證了系統聚焦于不同層面時各幅圖像之間不會產生相對偏移,而偏移將導致最終融合圖像的嚴重失真;同時,它可配接多種鏡頭(0.7倍~40倍以及宏觀近攝鏡頭),能滿足多種分辨率成像的需求,通過轉換不同的鏡頭,系統可提供高達微米級的分辨率,或闊達數十毫米的大視場,若使用圖像拼接功能更可進一步擴大視場;另外還配備多種形式的外置可調光源用以獲得專業的各向均勻光或偏置光照明,滿足各類樣品的照明要求;還有獨特的萬向支架方式機架結構,保證了各種尺寸的樣品在最佳位置以最佳姿態成像。
                                      2.2.2 電動調焦移動單元
                                      電控調焦移動單元指的是電機,它可完成精準的移動和定位動作,精度達到0.2微米,手動和程序控制均可。與數碼成像設備(專業數碼相機,數碼攝像頭)聯動拍攝可輕易獲得上百層或更多的序列層面圖像,微小的移動步距使相鄰圖像層面的間隔能夠保持在景深范圍之內,從而使整個層面圖像序列能夠完整包含樣品表面各處的形貌信息,為后期制作全清晰圖片提供有力保障。見下圖。
                                       2.2.3圖像采集單元
                                      圖像采集單元指的是數碼成像設備,包括專業的數碼相機和數碼攝像頭等。
                                      2.2.4圖像處理單元
                                      圖像處理單元是以先進的清晰度評價算法為基礎編制的,效果優異,融合的圖像清晰逼真富有立體感,重要的是圖像融合過程不做額外的處理和變換,保證了最終圖像的真實性。同時,系統還提供常用的對比度、亮度等方面的圖像工具,以及多種顏色和幾何形態測量工具,進一步提升了系統的應用價值。
                                       
                                      3結論
                                      總的來說,光學共聚焦顯微圖像系統與傳統的掃描電鏡方式在精細成像的角度方面具有很強的互補性。掃描電鏡在高分辨率(百倍、千倍以上放大率)應用領域優勢明顯,特別適合于對物質的微觀/超微觀結構的觀察分析;而光學共聚焦顯微圖像系統則是在中低分辨率的光學放大倍率范圍內,可以獲得像電鏡圖像一樣巨大的景深,豐富的細節,而且能得到電鏡圖像所沒有的真實色彩。另外,在對樣品的保護方面它有電鏡所無可比擬的優勢(對于非導電材質的樣品,一般的電鏡還要求在表面鍍金屬導電層,因而對此類樣品造成永久破壞),而且它對樣品尺寸及外形的限制也比電鏡少很多,具有更好的操作便捷性。尤其值得關注的是在采購成本和日常使用及維護成本上,光學共聚焦顯微圖像系統要遠遠低于電鏡系統,因而非常適于從事昆蟲分類、檢驗檢疫、及科研教學的一線單位使用。光學共聚焦顯微圖像系統還以清晰直觀的樣品圖片帶給讀者手繪圖所不能達到的視覺效果,在不遠的將來它必將成為是昆蟲學家描述和研究物種的好幫手。


                                       

                                      所屬類別: 產品知識

                                      該資訊的關鍵詞為:

                                      11选5不亏本投注法