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title: 降低明视场显微镜图像中的噪声
description: 在明视场显微镜应用中控制图像噪声的重要性，以及基于快门的白平衡如何帮助您实现这一目标。
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- 降低明视场显微镜图像中的噪声
# 降低明视场显微镜图像中的噪声
By [JAI](https://news.jai.com/blog/cn/author/jai) | October 7, 2019
棱镜式彩色显微镜图像来源：Digital Imaging Systems Ltd., UK
要想使用明视场显微镜获得优质图像，就必须掌握放大倍数、分辨率、景深和图像对比度等因素的最佳使用方法。在使用目镜的明视场显微镜中，可检测到的对比度取决于人眼在亮度和颜色方面区分细微差别的能力。如今，大多数显微镜都使用相机来作为目镜，几种不需要的信号或噪声可能会影响系统的性能，使其无法区分出这些细微差别并实现可接受的结果。
## **两种噪声**
对于明视场显微镜，最重要的噪声类型是随机噪声，有时也称为“散粒噪声”。光子到达图像传感器时会引起波动，进而导致图像中的亮度或颜色信息发生随机变化，这一现象就叫做随机噪声。这些微小的、随机强度的波动会干扰图像中的微小细节，并会随着时间而变化（它们对每一帧造成的影响各不相同）。虽然处理随机噪声的最佳方法是尽量减少它的发生（请参阅下面关于明视场显微镜的色彩平衡部分），但是您可以通过对多个连续图像或帧取平均值来降低随机噪声的影响。当然，这要求样本不发生任何移动，并且设备或其周围也没有发生任何运动或振动。通过取平均值得到的降噪程度与图像数量的平方根成正比。这意味着为了减少一半的噪声，您需要对四张图像取平均值；要将它减少到原来的四分之一，您需要对16张图像取平均值；以此类推。遗憾的是，对帧取平均值往往会*软化*图像（即损失清晰度并变得模糊），这种结果与原始图像中存在噪声一样令人无法接受。这就是为什么将所产生噪声降至最低的方法如此重要的原因。
另一个主要噪声源是读出噪声。随着电子经过模数转换、放大和处理步骤并最终产生图像，相机电子元件会在读出过程中产生读出噪声。它通常被称为“暗噪声”，因为观察它的最佳方法是去除图像中所有的光，并注意到严格根据传感器和相机的读出电路所发生的像素到像素的变化。当使用长时间曝光时，这种类型的噪声变得特别明显（相比于明视场显微镜，其与荧光显微镜的相关性更高）。这种影响在更高的温度下会变得更为严重，因此一些显微镜相机会采用昂贵的“冷却”技术，以便在光照有限的情况下保持尽可能“干净”的图像。
读出噪声通常被描述为这种暗噪声与所谓的“固定模式噪声”的组合。像暗噪声一样，固定模式噪声也是由像素电子的变化引起的，这种变化会在图像中产生非随机模式的强度变化。和暗噪声一样，这种现象在低光照条件下最为明显。
## **增益如何影响噪声**
可以通过对图像应用“增益”来提高数字图像的信号电平（亮度）。增益只是表示电子放大的一个术语。然而，当您在数字信号上“调高放大器”时，您也会放大图像中可能包含的任何噪声（随机噪声或读出噪声）。在大多数明视场显微镜应用中，产生随机噪声的组件通常造成的影响最为严重。图像增益增加了随机噪声的变化幅度，从而使得图像的“静态”特征越来越明显，并对图像分析应用造成干扰。因此，避免应用大量的增益（如果可能）非常重要。
> **在创建具有高级色彩功能的显微镜系统时，您是否需要一些指导？**
> [下载我们的技术指南：高级彩色显微镜解决方案](https://www.jai.com/cn/advanced-color-microscopy-solutions)，并了解如何利用各种相机功能来满足您的应用要求。
## **明视场显微镜的色彩平衡**
在明视场显微镜中，光源的色温是影响图像捕捉和分析的重要因素。由于光源具有特殊的辐射光谱，色温对图像中物体的颜色有很大的影响。不同色温产生的背景色调略有不同，并会改变图像中细胞和其他物体的颜色。为了对特定颜色可能具有特殊意义的地方进行分析，适当平衡相机的彩色响应与光源的颜色特性非常重要。
在大多数相机中，色彩平衡（也称为白平衡）是通过在视场中放置一个白色目标，并对三个颜色通道（红色、绿色、蓝色）中的两个应用增益来实现，以便从所有三个通道获得相同的响应。为方便起见，一些相机还提供了色温“预设”功能，您只需选择与光源的色温相匹配的预设即可。然而，在这两种情况中，这个过程都是通过增加其中两个颜色通道的增益来实现，从而提高了图像中的噪声水平。
棱镜式相机（比如JAI的Apex系列相机）提供了基于增益的白平衡和色温预设，而且它们的三传感器设计还提供了实现白平衡的第三种方法。每个传感器都可以独立于其他两个传感器来设置快门速度。因此，可以按比例调整每个传感器的曝光时间以匹配光源的色温，从而实现白平衡。这可能需要延长两个具有最低响应的通道的曝光时间，或者缩短两个具有最高响应的通道的曝光时间。在这两种情况中，都不需要对图像应用额外的增益，从而将噪声保持在最低水平。
如果您不想购买昂贵的采用“冷却”技术的相机，且您的应用需要干净的低噪声图像，那么采用棱镜技术的相机绝对是不可错过的理想之选。
如需了解有关用于明视场显微镜的低噪声相机的更多信息，[请联系JAI](https://insights.jai.com/zh/contact-a-jai-engineer)。
**Topics:**
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