几款显微专用数码相机性能的比较分析

    近五年来，数码相机的分辨率由原来的三十万像素，发展到目前的上千万像素，同 计算机一样更新换代很快。因而很多用户采用或准备采用数码相机作为显微图像分析系统的输入设备。我们有幸接触到目前国内市场上比较流行的几款显微专用数码相机，通过实际使用和检测，认为数码相机除了能用于显微的图像存储、图文报告的打印外，也可用于细胞或组织的光密度测量。

    1 图像传感器

    图像传感器是数码相机的“心脏”，也是其中最关键的技术，数码相机的发展道路可以说就是图像传感器的发展道路。数码相机所采用的图像传感器主要有 CCD 感应器和 CMOS 感应器。目前市面上的绝大多数家用型及专业数码相机都使用 CCD 作为图像传感器，而 CMOS 传感器以往都是作为低端数码产品应用于摄像头和简易电脑相机上的，是否采用 CCD 传感器一度成为人们判断数码相机档次的标准之一。但是，日本佳能公司于 2002 年 9 月24 日新推出单反数码相机“EOS-1Ds”，该机配备了新开发的约 1110 万有效像素的CMOS 传感器，从而改变了 CMOS 传感器的身价。

    CCD（Charge Coupled Device 感光耦合元件）为数码相机中可记录光线变化的半导体，通常以百万像素（mega pixel）为单位。数码相机规格中的多少百万像素，指的就是 CCD 的解析度，也就是指这台数码相机的 CCD 上有多少感光元件。 CCD 上感光元件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表有感光元件所产生的讯号，就构成了一个完整的画面。

    1.1 CCD 的排列

    传统 CCD 排列为矩阵，由于其本身是不能分辨颜色的。所以，在实际应用时需要使用色彩滤镜，一般在CCD 器件的滤镜层涂上不同的颜色。滤镜上不同的色块按 G-R-G-B（绿-红-绿-兰）的顺序像马赛克一样排列，使每一片“马赛克”下的像素感应不同的颜色，如图 1 所示。在进行信号处理时，由 a-b-g-h 四点计算出一个 RGB 值，作为一个像素记录下来，同时，b-c-h-i、g-h-m-n、h-i-n-o 又各计算出一个像素，可以简单地理解为4 个感光单元的中心点构成一个“像素点”，这样，每个感光单元的光值都是复用的，使用了 4 次（边缘部位除外）。由于复用，每 4 个感光单元计算出4 个像素，这就是 200 万像素（严格地说是200 万感光单元）的 CCD 分成 4 类颜色（两个绿色算两类），仍产生200 万像素的图像的原因。这类CCD 最大缺点是所产生的图像总是无法达到如刀刻般的锐利[1]。

    新近推出的 SUPER CCD 是将 CCD 像素本体以45 度角旋转，呈蜂巢状排列如图 2 右边所示。那为什么SUPER CCD的输出像素会比有效像素高呢？我们知道，CCD 对绿色不很敏感，因此是以 G－B－R－G 来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因此图像质量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级数码相机使用 3CCD 分别感受 RGB 三色光的原因。而 SUPERCCD 通过改变像素之间的排列关系，做到了 R、G、B 像素相当，在合成像素时也是以三个为一组。因此传统 CCD 是四个合成一个像素点，其实只要三个就行了，浪费了一个，而 SUPER CCD 就采用了这一点，只用三个就能合成一个像素点。也就是说，CCD每 4 个点合成一个像素，每个点计算 4 次；SUPERCCD 每 3 个点合成一个像素，每个点也是计算4 次，因此 SUPER CCD 像素的利用率较传统 CCD 高，生成的像素就多了。