在前四期的技术贴中，我们学习了科研级相机的几个重要参数，今天我们来对它们做一个总结。
 

1. 数码相机成像原理

 

温故而知新，我们回顾一下数码相机的成像原理：

（图一：数码相机成像原理）

 

如图一所示，在WB实验中，镜头收集样品自发光并将其聚焦于感光芯片上，感光芯片将接收到的光信号（光子）转换成电子，电子通过模数转换器（ADC）按照一定的转换系数转换成数字信号，这个转换系数我们称之为增益（Gain），转换成的数字信号我们称之为灰度值（Gray Scale）。最后通过软件的处理，图像可被输出为各种格式的电子文件（如：JPG, Tiff，Png等）。

 

量子效率（Quantum Efficiency，简称：QE）指的是感光芯片将光子转化为电子的效率（点击此处查看原文）。量子效率是衡量相机灵敏度的重要指标，因为灵敏度是指相机采集真实的信号的能力，它可以用电子数来量化：

 

电子数=(灰度值–偏置) X 增益

通过相机的工作原理我们了解到，量子效率与电子数和灰度值均成正比。一款相机的QE越高，其灵敏度也越强。

信噪比（SIGNAL-NOISE RATIO，简称：SNR）是指在成像过程中信号与噪声的比值（点击此处查看原文）。

 

a. 信号强度

在相机本身的量子效率不变的前提下，我们可通过增强样品信号或延长曝光时间来收集更多信号，即光子。信号越强，信噪比越好。

 

b. 散粒噪声

噪声本身也是一种信号。散粒噪声作为无法避免但影响最大的噪声，伴随着信号的加强而增大。由于散粒噪声无法避免，对比相机信噪比主要比较的是读出噪声和暗电流噪声。信噪比公式可简化为：

 

c. 读出噪声

读出噪声是相机在读出信号时产生的噪声，低的读出噪声有利于检测非常微弱的信号。

d. 暗电流噪声

尽管延长曝光时间可以增强信号，但是暗电流噪声会随着曝光时间而累积，因此在需要长时间曝光的实验（如WB实验）中，暗电流会产生较大的影响。CCD制冷是降低暗电流的手段之一，但我们真正应该关心的并非CCD的制冷温度而是暗电流的大小。

 

    此外，我们还学习了如何使用Image J对图像的信噪比进行计算（点击此处查看原文）。

相机的分辨率（Resolution）是指感光芯片上像素点的数量。芯片上的像素点越多，分辨率就越高，图片则更为细致（点击此处查看原文）。

 

在化学发光的应用中，是不是相机的分辨率越高就越好？这取决于我们的应用场景。如果我们要将wb的实验结果印刷在海报上，那么我们需要高分辨率的大图确保条带的边缘不会虚化。但是如果我们投递文献或者验证一下实验结果，那我们可以牺牲高分辨率选择使用像素合并（Binning）功能提高相机灵敏度，提高信噪比并快速获得实验结果。
 

像素合并（Binning）是指将相邻的像素所感应的电子合并在一起，以一个像素的模式读出，使用 Binning 模式会产生以下几点效应：

为化学发光成像系统选择适合的相机，我们需要综合以下几方面考虑：

1. 量子效率越大，相机越灵敏，相同的曝光时间下所能采集到的信号越强，从而更适合捕捉微弱的条带信号；

2. 噪声分为散粒噪声、读出噪声和暗电流噪声。由于散粒噪声无法避免，因此我们会选择读出噪声和暗电流都很低的相机。尤其因为化学发光成像需要长时间曝光，所以暗电流是我们着重考虑的因素；

3. 分辨率越高意味着图像更细节，然而在化学发光成像的应用中，分辨率的大小取决于我们的应用场景，如果是投递文献或者验证一下实验结果，我们可以牺牲高分辨率选择使用像素合并（Binning）功能提高相机灵敏度，提高信噪比并快速获得实验结果。