图森TCC-3.3ICE-N评测报告.doc

图森TCC-3.3ICE-N CCD与成像软件TSView7测评方策（论坛ID：阿猫）平时在实验室接触的显微成像设备大多是德国或日本的，几乎没有接触过国产的显微成像设备。在很多人眼中，“国产”就是低端，廉价，质量差的代名词，所以很想了解一下国货的质量到底如何，都说与进口货有差距，差距在哪，到底有多大。于是我就报名参加了这次活动，希望能从中找出一些答案。在此感谢图森公司和中国显微图像网让我们有这么好的一个试用机会。本次测试的是图森图像公司提供330万像素显微荧光用冷CCD：TCC-3.3ICE-N及附带的图森图像软件。本文主要分CCD图片拍摄和软件图片处理两部分进行测评，本次测试的显微镜有Zeiss Imager A1和Z1，Leica 205 FA，Nikon MZ800，分别测试了图森相机在生物荧光显微镜与体视显微镜的适用情况，通过多种动植物及微生物样品测试了图森相机在明场，DIC，相差和荧光观察时的成像质量。正好Imager A1和Z1显微镜有两个接口，在明场，DIC，相差和荧光观察时都使用了Zeiss AxioCam HRc相机进行了拍照对比，采用的像素分辨率是供选择中的，与TCC-3.3ICE-N（20481536）最相近的27762080。由于两款相机的价格相差好几倍，所以以下的对比测评是摒弃相机价格的纯技术比较，性价比的问题后面我也会谈到。相机对比测评时，尽可能保证拍摄条件一致，采用的均是图片中某一小区域100%原始大小进行比较，且图片均未经过后期处理，原图出片（比较软件图像处理功能时除外）。相机外观与软件操作界面简介第一眼看到图森这款CCD的时候，比想象中的要小一点，不过拿在手里面感觉还是挺有分量的。相机结构设计紧凑，采用的是C型接口，通用性很高，可以很方便地搭载在我们实验室现有的各种显微镜上（图1）。正上方有个很可爱的小风扇，用于散热，让我联想起显卡上的小风扇。光盘中的说明书同时配有图片和文字说明，还是挺详细易懂的。按照提示，安装相机驱动，图像软件也十分简单快捷。相对于国外一些图像软件来说，软件界面感觉相对简单，外观有点类似Windows中的资源管理器，不过这也有利于使用者能够快速上手（图2）。软件中央有个CCD的图标，双击后就可以进行实时预览了。可以进行单张图片拍摄，也可以进行视频录制，在下拉菜单中可以对图片格式，文件命名方式，视频格式，视频压缩格式等等参数进行设置。曝光时间可以设为自动和手动调节，大部分用透射光观察的样品拍摄时自动曝光还是基本准确的，对于拍摄荧光样品或亮度分布差异较大的样品，很多时候就需要用到手动调节曝光了。图像拍摄窗口中有个“剪切”键，可以自由选定感兴趣区域进行截取拍照；或者先通过剪切一个小区域进行对焦，然后取消剪切效果进行全区域拍摄。这个功能操作很简便，而且实用性很强，赞一个！图1. 连接图森TCC-3.3ICE-N相机的Zeiss Imager A1（左上），Z1（右上）荧光显微镜，Leica M205 FA体视荧光显微镜（左下）与Nikon SMZ800体视镜（右下）。图2. 图森图像软件TSView7操作界面一、CCD拍摄测评（一）、生物镜透射光样品拍摄1明场拍摄（色彩还原，白平衡测试）首先测试下标准切片，选用的是Leica共聚焦配备的Convallaria铃兰草切片（图3）。曝光时间调好后，再点击自动白平衡，对于染色丰富的样品自动白平衡会出现较大偏差（图4左）。对于这种情况，建议把视野移至完全空白处先做自动白平衡，然后再移至感兴趣区域进行拍摄，这样白平衡就准确多了（如图4右）。拍出来的照片色彩还是挺讨人喜欢的。再看63油镜下的成像，色彩还原还是相当准确的（图5）。对于色彩不太丰富的样品，自动白平衡一般都挺准确的（如图6）。图3. Leica显微镜测试片-Convallaria铃兰草切片图4.白平衡测试，Convallaria铃兰草切片，从左到右依次为图森TCC-3.3ICE-N + 自动白平衡；图森图森TCC-3.3ICE-N + 先空白处白平衡再重新构图拍摄。图5. Convallaria铃兰草切片，63物镜下图森相机拍摄，色彩还原准确图6. 甲苯胺蓝染色的植物叶片切片，白平衡基本准确。当我拍摄拟南芥原生质体的时候，拍出来的绿色不够亮丽（如图7左），这种情况可以通过选用相机设置中“色彩增强模式”，效果会改善很多（如图7中）。蔡司相机拍摄的效果正好处于两者之间，放大仔细看会觉得颜色看起来稍微自然一些。图7. 色彩还原测试，拟南芥原生质体BF拍摄效果对比。从左到右依次为图森TCC-3.3ICE-N + 自动白平衡；图森图森TCC-3.3ICE-N + 先空白处白平衡后拍摄；Zeiss AxioCam HRc + 手动白平衡。2DIC样品拍摄（动态范围，细节表现力，背景噪音，图片采集速度测试）手头上正好有个真菌的样品，菌丝会缠绕在叶毛上，由于叶毛的折光性，叶毛亮度会很强，正好可以用这个样品来测试下相机的动态范围。由于这两款相机采用的CCD，灵敏度，连接光路等各方面参数都有差异，所以我测试的方法是通过调曝光时间把菌丝拍成相近的亮度，此时再来比较叶毛部分的曝光情况。如图8图8. 动态范围测试，叶毛上的菌丝DIC拍摄，左为图森相机拍摄，右为蔡司相机拍摄 再通过一个动物细胞的DIC成像效果来对比一下相机的细节表现力。从图9中图森相机的效果来看，细胞核周围的物质颗粒感清晰，细胞核边界清晰，跟蔡司的相差不大。图9. 细节表现力测试，动物细胞（63DIC）再来看看相机的背景噪音控制得如何。样品是我从自己养的富贵竹花瓶中取出的一滴水。仔细观察了下，大概有3,4只小虫子和一丁点藻类，看来我们学习室还是挺干净的。有2只红色眼点的虫子，配上DIC效果很漂亮，但是这个小虫子太活跃了，一直爬个不停，相机反应有延迟，我只能等着水分慢慢蒸发了，过了段时间终于变得老实些了，赶紧拍，别一会儿给干死了。从图10中可以看出图森相机拍出的图片背景中分布着一些杂色噪音，而蔡司相机拍出的背景很光滑干净（注：由于拍摄这组图片时对软件操作不够熟悉，没有留意相机的增益情况，背景噪音过高有可能是相机ISO自动增益所引起的，如果降低ISO增益会相应的降低背景噪音，详情请参见后面荧光成像中的ISO增益测评）。图10. 背景噪音测试，原生动物DIC拍摄，图片原始尺寸局部细节对比，左为图森相机拍摄，右为蔡司相机拍摄，由于小虫子的内脏蠕动，图片下部有些发虚，两张图片均采用相同的曝光时间。这滴水中还有另外一种虫子，这只虫子身体动得比较慢，尾巴摆动的速度较快，正好测试下相机的录像功能，同时也可以反映出相机的采集速度。录像设置中选保存格式是AVI，如果不压缩，拍几秒钟视频文件就上百兆了，后来联系工程师索要了格式压缩的插件，安装后再拍视频，出来的文件就小多了，拍上100多张出来的文件也就几兆大（图11）。虫子的身体动作较慢，所以成像基本正常，但是由于在采集过程中小虫子的尾巴摆动，出现了一黄一蓝的拖影（图12）。在实时预览时，移动样品的时候也会出现黄蓝拖影。图12. 通过AVI视频文件导出的GIF动态图片（图片经过压缩处理，质量有所下降）图13. 采集速度测试，原生动物DIC图森相机拍摄。3相差样品拍摄（细节表现力与白平衡测试） 通过图14中动物细胞的相差拍摄效果来看，图森相机的细节表现力还是略显不足，但是在白平衡方面完胜蔡司相机。在拍摄这个样品时，不论是用自动还是手动白平衡，蔡司相机都无法达到图森相机的效果，这倒是有点出乎我的预料。图14. 白平衡与细节表现力测试，动物细胞（20相差）透射光拍摄小结：从以上明场，DIC和相差三种透射光观察模式拍摄图片来看，图森这款相机还是能很好地胜任多种样品的拍摄的，只是不太适用于一些快速运动的样品。自动白平衡可以通过对空白处白平衡来进行改善。色彩还原不错，动态范围，细节表现力和控噪能力表现还行，完全能满足一般科研需求。整图效果令人满意。（二）、生物镜荧光拍摄1荧光专用动植物测试切片 由于测试片中的荧光都较强，而且不易淬灭，所以对于以下几种动植物组织切片的多色荧光成像，图森相机表现还是不错的，整图效果令人满意（图15,16,17,18），跟蔡司相机拍出的效果相差无几，在此就只列出图森相机拍摄的图片。图15. 动物组织测试切片图16. 动物组织测试切片图17. 植物组织测试切片图18. 植物组织测试切片2ISO增益与灵敏度对比当拍摄弱荧光时，自动曝光会自动把ISO增益至400，以缩短曝光时间和增强信号，但是此时背景噪音也会变得很强（图19）。在不进行增益或低度增益的情况下，需要很长的曝光时间才能拍出适合亮度的荧光图片，但是由于长时间曝光拍摄，图片中GFP的颜色会变得有些泛青（图19）。在不进行增益的情况下，对图森和蔡司相机进行了灵敏度测试（图19）。相比之下，图森相机的灵敏度差了些。图19. 图森相机在各种ISO增益条件下，拍出相同亮度荧光照片所需要的曝光时间长短及信噪比对比图19. 灵敏度对比，在不进行增益的情况下，拍出相同亮度荧光照片所需要的曝光时间长短（左为图森相机，右为蔡司相机）。3自制动植物样品实拍 对于强荧光样品，图森相机的表现一如既往地好，信噪比控制得很好（图20），同时也可以进行录像。（图20）。 图20. 拟南芥气孔保卫细胞中GFP标记的过氧化物酶体（左）和茎细胞中GFP标记的细胞核（右），细胞核中间的空洞推测是核仁。图20. 荧光成像时的背景噪音对比，拟南芥茎细胞中GFP标记的过氧化物酶体。（左为图森相机，右为蔡司相机）。生物镜荧光成像小结：对于荧光成像，图森相机表现不错，信噪比较高。整图效果还是令人满意的。（三）、体视镜拍摄测试完了生物显微镜，再来看看这小家伙在体视镜上的表现吧。由于光学系统的差异，相同的样品在体视镜下要比生物镜下的荧光弱很多，所以体视镜下拍出的照片就不如生物镜的那么漂亮了。由于时间限制并没拿其他相机进行对比测评。下面就展示一些实拍图片。图21. 测试片中的红色荧光图22. 拟南芥花药中的绿色荧光。荧光（左）+落射光（右）拍摄。图23 图24中拟南芥花药放大拍摄，荧光（左）+落射光（右）拍摄。图25. 拟南芥整张叶片中的绿色荧光，荧光（左）+落射光（右）拍摄。从图25中可以看出叶片的落射光成像有点不正常，点了自动白平衡不管用。由于要荧光成像，我当时放叶片用的是一块黑板，当我把叶片放在白板上，点自动白平衡，颜色恢复正常；当我再转至黑板拍摄时，点自动白平衡，颜色还是不正常，在我点击黑平衡后，颜色居然恢复正常了（图26）但是背景黑板的颜色还是不正常。之前只知道在荧光拍摄时，当背景噪音很高时，点击黑平衡可适当降低些噪声，原来除此之外黑平衡还可以干这个用，后来才知道，拍摄荧光时要做黑平衡，算是学习了。图26. 拟南芥叶片白平衡对照体视镜拍摄小结：，图森这款CCD无论是在体视荧光还是在落射光成像时，表现稳定，效果也不错。但相比于生物镜，体视镜下的荧光会稍微弱一些，此时拍摄更需要对相机的各种参数进行耐心的调节，拍摄所费时间会相对变长。CCD拍摄成像小结：图森这款TCC-3.3ICE-N CCD，C型接口通用性高，能很好的整合到现有的各种显微镜上。相机成像色彩还原准确，在明场，DIC,相差和荧光等多种观察模式下，成像质量稳定，通过降低CCD温度，背景噪音控制得也不错，整体表现不俗，能满足一般常规科研的需求。与Zeiss HRc相机相比，性价比远远高于国外进口的CCD。二、软件功能测试（一）、图像处理由于时间仓促，就介绍几个常用和实用的图像处理功能吧：1“镜像”和“旋转”：由于这两款相机拍出来的像的方位是不一样的，对比照片时，经常要使用这两项。2“图像合并”：用于多色荧光叠加3“亮度/对比度/伽马值”：适当调节后可提高图片的信噪比（图27）4“阈值”：处理后，图片中亮度低于所设阈值的像素点被显示出黑色，高于阈值的则被显示出白色。通过设定阈值为254处理图11后，图片中的白点就是亮度为255的像素点（即过曝点），这样能更直观地反映出相两张图片的过曝情况（图28）。5“中值化”与“高斯模糊”：两者是经典的平滑噪声的方法。相对于处理前颗粒感很强的背景噪声，处理后噪声都显得较为平滑（图29）。两者的区别在于，“中值化”对边缘信息保存较好，而“高斯模糊”会使信号变得模糊，边缘信息丢失严重（图30）。6线性滤镜中的“浮雕”：能把一张明场图片变成一张轮廓清晰，立体感很强的图片，效果很好。图27. “亮度/对比度/伽马值”调节效果对比，左为处理前，右为处理后。图28. “阈值”处理效果，本图是图11经过“阈值=254”处理后的图像，可以看到左边（图森相机）过曝区域的面积要远远大于右边（蔡司相机）。图29. “中值化”与“高斯模糊”处理效果，320%原始图片尺寸效果比较。图30. “中值化”与“高斯模糊”处理效果，2475%原始尺寸图片效果比较。图片左边较暗处的信号为噪声，右边较亮处是信号，两者都能使噪声都显得较为平滑，“中值化”对边缘信息保存较好，而“高斯模糊”使信号变得模糊，边缘信息丢失严重。图31. 线性滤镜中的“浮雕”处理，左图为明场照片，右图为处理后的效果图，立体感很强。（二）、测量1比例尺校正测量之前要对比例尺进行校正，我用的是Carl Zeiss的5+100/100 mm的微尺（图32）。首先要分别在不同物镜下给校正微尺拍摄一张图片（图33），再通过软件来制作比例尺。在对应的图片上画一条已知长度的直线，同时软件可以算出这条直线的总像素点，两者一除就能得出在不同物镜拍出来的照片中的每个像素点所代表的实际长度（图34）。按照软件提示一步步操作，还是挺简单的。根据拍摄图片所用的物镜，从校准表（图35）中选择对应的标准尺应用到图片，就可以对图片进行准确的标尺添加和数据测量了。图32. Carl Zeiss的5+100/100 mm的微尺图33. 10物镜下的校正微尺，1mm被分成了100等份。图34. 比例尺制作过程图35. 最后得出的校准表2测量工具图森软件提供的测量工具还是很多的，可以测量直线长度，长方形，圆形和多边形的周长与面积，角度，弧度，做标记，做注释。同时还可以对这些图标进行粗细，字体和颜色调节。值得夸奖一下的是圆形测量工具，只要依次点击圆形样品上的任意三点就会出来个圆形标记，精确度很高，操作也很简单快捷，比以圆心和直径来定位圆形的工具要好用。测量数据可在另一窗口中排列成表，并能以通用的Excel表格形式导出。图36. 图森图像软件各种测量工具效果图个人感悟图森这款相机对于大部分常规样品成像的效果还是挺令