质量控制中的多重成像技术（下）

Kavita Aswani博士，埃赛力达高级生物医学应用科学家；

Michael Bulk，埃赛力达成像光学部产品总监；

Gerhard Holst博士，埃赛力达高级成像产品与应用科学家.

多重成像解决方案的需求会因应用而异。
在任何应用中，进行多重成像都需要照明（光源）、图像检测（相机）以及光学器件。对于每一个组件，选择合适的方案都需根据具体应用评估关键因素。

多重成像照明

选择光源时重要的考虑因素之一，是该应用需要的是宽带照明还是可切换的照明。如果使用荧光成像，光源的激发波长应与目标光谱相匹配。在某些情况下，光源还需具备同时激发多种荧光分子的能力。

其他需要考虑的因素包括：

• 光源亮度的控制方式；

• 光源应选择灯泡、激光器还是LED；

• 若进行动态的序列成像，光源应能快速切换颜色；

• 均匀性始终是采集可靠数据的关键——样品的每个部分都应均匀受光；

• 稳定性也非常重要。光源应具备在不同时间或样本之间重复一致的能力。

图6：埃赛力达提供的多重成像照明光源，涵盖从紫外到近红外的波段。

多重图像检测

多重成像依赖光与物质的相互作用。不同材料的吸收系数和穿透深度会影响探测器和图像传感器的设计。光谱灵敏度的平衡由量子效率（Quantum Efficiency, QE）来描述。

除了优化电荷载流子位点的排列以获得特定的量子效率值外，图像传感器制造商还会在半导体上施加抗反射涂层，以确保更多辐射能穿透材料并到达半导体。

选择多重图像检测设备时，应评估量子效率以及其他因素，例如：

应用是否需要高光谱或多光谱成像；

• 光敏感程度；

• 读出噪声水平；

• 线性度；

• 帧率；

• 动态范围；

• 空间像素数量等。

  
  

图7：埃赛力达为不同应用提供的图像检测设备。

光学器件

设计任何镜头系统的起点，是确定其所适用的波长范围。波段决定了材料、镀膜，以及具体设计形式的选择。

在多重成像应用中，理想的系统应能够将目标上每种波长的信息精确地映射至图像平面上对应的位置。但现实中难以实现完全理想的系统，因为不存在“完美”的镜头。

影响镜头性能的因素包括：

• 衍射：光和其他波一样，在通过孔径时会发生衍射。衍射与波长直接相关，决定了焦点所能达到的最小尺寸：波长越长，焦点可能分布到更多像素上；

• 像差：通常因制造误差或设计缺陷产生，像差会导致光线无法精确聚焦到理想像素位置，从而影响图像质量；

• 环境因素：如热效应、振动，甚至海拔变化，都会影响光线从物体到像素位置的映射过程。

• 材料选择也会影响镜头性能。所用玻璃的种类会影响色散，因此设计者可能需要选择超低色散玻璃，或采用不同设计技术来补偿色散问题。

• 在选择镜头时，务必选择专为多光谱应用而设计的镜头。虽然这类镜头设计通常更复杂，但要实现所需成像效果，这是必要的选择。

  
  

选择镜头的小贴士
选择合适的镜头高度依赖于具体应用，往往不知从何下手。

埃赛力达的 MachVis 配置工具可通过分析关键输入信息（包括所需工作距离、物体尺寸（视野）、传感器尺寸、光谱波段、分辨率、景深、操作环境，以及模块化和通用性）来协助选择最合适的 Excelitas 相机与镜头。

图8：埃赛力达为不同应用提供的光学器件。

在选择多重照明、图像检测与光学组件时，需要考虑众多因素。埃赛力达拥有深厚的行业经验与技术专长，能够帮助客户为任意特定应用选出更佳组件，以达成更优结果。

埃赛力达还提供多重成像工具包（Multiplex Imaging Toolbox），其中包含进行多重成像所需的全部组件——光源、相机与光学器件。此方案可根据具体应用需求进行定制化配置。

“埃赛力达拥有照明、相机与光学器件的设计和制造经验。我们始终欢迎与您探讨，看看能否在上述某一领域为您的应用提供支持，也欢迎一同探讨整套成像解决方案的可能性。”