同步LED照明系统和科学级摄像机的好处 – CoolLED

LED照明系统在实验性、实践性及环保方面优势颇多,正逐步取代广谱汞灯、氙灯和金属卤素灯成为新一代光源。LED是 高度可控的固态器件,发射离散波长范围内的光,可调节控制强度、快速开/关切换和选择波长。

自动显微镜系统通常通过软件、USB连接来控制 LED照明系统,但一些环境更适合电子 TTL触发控制,因其能够提供更高的精度和更快的速度。TTL触发控制最简单的方法之一,同时也是 TTL触发的优势之一,就是将 LED照明系统直接连接至摄像机。大多数科学级摄像机能够“发送” TTL信号,该信号是在曝光周期的光子检测阶段由传感器产生的。通过将“发送”信号连接到 LED照明系统,摄像机可以作为精确的定时信号发生器,以微秒级的速度控制光源。此外,一些 LED系统可以在没有 复杂软件的情况下使用“发送”信号循环选择 LED,为高速多波长成像提供简单的解决方案。

LED系统与摄像机的同步能够将照明周期精确限制在摄像机检测可用光子的时间内。软件操作可能会导致光源切换时间的延迟,使得样本暴露在光下的时间超过必要的时间,可能导致光毒性和光漂白。将照明与摄像机同步到何种程度才能够将光损伤降至最低取决于样品的性质、摄像机的灵敏度和实验时长,但对于大多数活细胞成像应用来说,同步是非常重要的。

照明的精确控制也有助于消除图像伪影。这方面的一个例子是滚动快门伪影, sCMOS相机通常会出现这种情况。传统相 机中使用的传感器以全局快门模式工作,所有像素都在完全相同的时间开始和结束曝光。而sCMOS的传感器通常使用滚 动快门操作,每行像素中的光子信号不是在完全相同的时间捕获的,而是通过非常快速地逐行扫描检测区域来获取的。虽 然这在大多数情况下可以获得相同的结果,但是当在大视场上检测快速移动的物体时,会导致图像失真。消除滚动快门伪 影的最简单方法是使用“模拟全局快门”,这需要精准配置 LED照明系统,这样只有当所有像素同时曝光时（即全局曝光）, 光源才会照亮样本。sCMOS相机为完整曝光和全局曝光提供发送 TTL信号,让用户评估滚动快门模式和模拟全局快门模 式。滚动快门也会在捕获的图像之间产生交叉干扰,例如当相机正在传输图像并且激发波长或Z位置改变时。使用模拟全 局快门模式来提供光源有助于消除图像交叉干扰。

CoolLED的 pE-300ultra照明系统具有一个附加功能,我们称之为“序列运行设置”（sequence runner）。通过序列运行设置, LED照明系统能够在接收到来自摄像机的发送信号时按序发射波长。也就是说,在第一次曝光期间从摄像机接收到第一个发送信号时,系统将打开LED通道1。收到第二个发送信号后,系统将打开LED通道2,依此类推。这提供了一个简单的高速多波长成像系统,仅使用单个多波段激发块,无需复杂的软件或滤光轮。

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