摄像机在生命科学中的应用
摄像机为机器人和或运动控制自动化提供视觉，以处理DNA或实验室样品的分析，存储，包装，或制备。氨基酸机中的条形码读取摄像头进行阵列分析和测试。临床实验室自动化摄像机帮助管理药物、生物标本和处理样品和有彩色瓶塞的玻璃医用小瓶。摄像机也被用于医疗设备、眼科、生物医学研究和病理学。
摄像机检查是否有生物样本，针头是否含有液体，以确保它们没有破损。在这些应用中，摄像机需要小巧、紧凑、独立，并与自己的照明和通信接口集成，以便将数据保存到数据库或将通过/失败验收通知发送到PLC。
传感器新技术的迅速出现对产品开发产生了深远的影响。为生命科学成像平台选择正确的传感器是一项挑战。像素的数量、传感器的真实灵敏度、竞争技术之间的权衡、产品生命周期的长度和长期成本只是需要考虑的几个领域。
顶级机视觉相机考虑因素
选择摄像机时，用户应考虑高水平的商业挑战，即机器视觉系统将帮助他们满足。是否添加机器视觉摄像头以增加生产线上的吞吐量或产量或满足联邦监管将有助于确定特定的相机。
特定使用的相机的物理尺寸和形式是下一个最重要的考虑因素。用户应该知道是否需要紧凑，小，或集成到现有机器中而无需修改。
相机使用的环境和场景，以及系统是否依赖环境光是下一个重要的考虑因素。操作环境经常被忽视，但在各种条件或地点影响健壮性和稳定性，这可能是相机的关键要求。摄像头接口、带宽要求以及处理器与摄像头位置的接近程度也是重要因素。
平台的寿命是另一个批判性考虑因素，并且被认为是远远甚至生命科学中用户最重要的因素。使用手术，眼科和医疗诊断的客户将销往世界各地的实验室和医院的客户将为最新版本的技术进行交易，以便为长期围绕。保证产品平台在整个升级过程中的稳定性，系统的寿命只是需要考虑的一个方面。
对于产品要求FDA批准的客户，这可能需要数年，组件供应商的长期稳定性至关重要。寻找在非常长的产品生命周期中思考的供应商是一个关键考虑因素。寻找那些具有财务实力和稳定生产赛道记录的人，谁将为客户冻结其摄像机的版本，以确保产品不会过时。
寻找能够为客户需求调整相机的灵活性的供应商也很重要。通常，相机必须符合医院或其他医疗办公室所需的特定颜色，材料和标签的标准化医疗住房格式。
其次，每个应用程序都有自己的关键考虑因素，因为摄像头可以从用于教育目的的入门级摄像头到在极低光线下计数电子的高端摄像头。分辨率、像素大小和间距可能会在相机用于显微镜(如研究)的市场发挥作用，而不是用于工业机器视觉应用的相机。亮视野、暗视野、相位对比和荧光显微镜都有不同的需求，灵敏度取决于所使用的物镜和应用。
在彩色应用中，重要的是，相机准确地再现颜色，具有高动态范围和高量子效率（QE）。它们还需要具有低噪声的传感器，在低光下具有良好的灵敏度。在更长的曝光期间，传感器应具有低暗电流噪声，积聚在传感器和摄像机上的热相关噪声，以及相机应具有良好的热管理以保持设备冷却。
相机参数对生命科学用户有何影响?分辨率，fps，光圈和传感器类型
根据系统的缺陷类型，系统将检测到，相机必须满足最小分辨率要求，以确定该项目是否属于图像中，使得相机的分辨率非常重要。
相机的光圈和每秒帧也很重要，但两者都是高度应用依赖性。在生命科学中，如果固定样品，例如染色幻灯片，帧速率并不重要（并且相反，颜色再现变为关键元件）。跟踪移动样品，如鱼类或血流，快速帧速率在相机中是至关重要的。但是，处理器比传感器更多地影响相机速度。存在用于实现更高帧速率的技术，例如运行双线或使用较高的处理能力与视觉处理器。
视野也会根据拍摄的图像类型而有所不同。当拍摄大样本的倾斜图像时，更大的视场允许用户拍摄更少的照片，完成过程比使用较小的视场更快。
从客户的角度来看，传感器的类型最不重要，因为它们对整体解决方案感兴趣，而不是用于到达那里的技术，但这取决于相机vVvy如何实现它们。在低噪声至关重要的应用中，例如荧光，传感器类型变得重要，但它不在其他应用中，例如明场成像。
在科学级相机中，在视野中没有扭曲或像差至关重要，使用高级玻璃可以变得重要。工业级摄像机使用较低等级的眼镜，并且许多使用它们在显微镜上使用它们将达到质量问题。
红外线的灵敏度也是关键，因为无论环境条件如何，越来越多的工程观众对强大的红外解决方案感兴趣。
相机接口
千兆以太网(GigE)是迄今为止机器视觉摄像机最常用和首选的接口，因为网络基础设施已经到位，许多人都熟悉网络上的IP寻址和注册设备。在不止一个摄像头或仪器之间距离较大的应用中，比如在实验室自动化中，GigE是最需要新设计胜出的。它的优势在于长距离的电缆距离和处理多个分布式摄像机的能力。
一些高端相机应用可以提供专用接口，例如高帧速率冷却摄像机，用于显微镜检查主机中的帧抓取卡捕获图像。但自2014年以来，USB 3.0正在新兴作为用于更高帧速率摄像机和需要快速图像传输速率的应用的技术。
由于其较短的电缆长度限制，如果需要速度，相机需要更近一些。通常情况下，如果应用程序使用单个摄像头，需要连接到主机PC，并且距离较近，USB 3.0可以驱动更快的数据速率，这可能是更高的分辨率或更高的帧速率。但当需要不止一个摄像头或设备分散在更大的区域时，USB 3.0并不实用，而GigE提供了优势。
Firewire作为一种数字接口仍然有很强的影响力，这是一种较老的技术，但由于寿命长，在医疗和生命科学市场上仍然很重要。在长期供应方面，许多客户不愿意改变。
作为一种技术，介绍了USB 2.0后，FireWire摄像机掉了下来。现在，USB接口提供了几乎每台计算机的即插即用。在适用于通过的数据量时，生命科学市场中的许多摄像机使用USB 2.0接口。需要一个接口的用户提供更高的带宽，同时仍提供即插即用并随时可用，将使用USB 3.0，其吞吐量较高。
标准化摄像机接口
使用相机界面进行的一个决定是是否使用专有接口或标准化接口。如果使用专有接口，通常锁定在相机制造商提供的相机和软件中。相比之下，如果使用标准化接口，则灵活地使用满足标准的任何相机或软件。这种灵活性为用户提供了更广泛的解决方案，甚至能够在未来的投资中更改系统的全部或部件。此外，标准化的设备通常昂贵，因为它们销售到更大的市场。
AIA和其他全球领先的视觉协会对这些标准进行了很好的参考，称为“全球机器视觉接口标准-理解当今的数码相机接口选项”。这可以通过点击下载这里．
以下是领先的现代数字接口标准。点击每一个将带你到更多的信息的标准。
相机链接，相机链接HS和同轴屏需要帧抓取器，而Gige Vision和USB3 Vision通过PC的本机总线适配器操作。
颜色与单色
使用彩色或单色相机取决于用户的特定应用程序。在显微镜下，80%的时间用户看彩色样品与明亮的场成像，不担心灵敏度。在这种情况下，他们可以根据预算限制使用彩色摄像机。
在实验室自动化、条形码读取和流量控制过程中，颜色没有单色相机能够提供的精确定位和处理或对比度信息那么重要。和其他行业的标准一样，生命科学中95%的相机是灰色的，只有5%是彩色的。
所有的相机设计都是从单色传感器开始的。彩色相机在传感器上使用拜耳(Bayer)或其他过滤器，产生红、绿、蓝像素，只捕捉到该像素的1/3光，减少了到达传感器的总光量。如果同一款相机有单色和彩色两种版本，通常未经过滤的单色相机具有更高的量子效率(QE)，具有将光子转换为电子的更高能力。
大多数荧光应用是低光，需要更敏感的单色相机。单色摄像机也赞成荧光应用，因为它们具有更准确的分辨率。与彩色摄像机相比，它们提供锋利的边缘，轮廓和细节，其估计和插入相邻像素以产生最终颜色像素。处理导致较低的分辨率，而不是单色相机的传感器中所见的较低分辨率。
彩色摄像机在医疗诊断或明亮的荧光应用中都很重要，并且在检查小瓶时关键。眼科检查用彩色相机检查眼睛的拓扑。但是，使用颜色摄像机的许多应用实际上需要单色，因为它们提供了更灵敏度。
数码相机普遍但模拟仍然很重要
生命科学中的大多数相机现在是数字的，因为它们提供了在更高帧速率下产生更高分辨率图像并使用数字CMOS传感器的机会。
低功耗模拟相机在专业的生命科学市场仍然很重要，这些市场对尺寸有限制，对分辨率没有严格的要求。其中一个例子是用于内窥镜的摄像头——内窥镜头部嵌入非常小的摄像头或传感器，在口红大小的管中嵌入一束光学元件，将进入人体。
CCD和CMOS传感器选项
CCD传感器直到最近一直是最受欢迎的选择，但行业正在转换为CMOS传感器开始变得更具吸引力。之前，CMOS传感器通常不用于生活科学市场，因为它们被视为更便宜且质量较低。他们进入了进入级别和预算意识的应用，如教育相机。在执行临界图像分析的诊断或研究应用中保留了CCD的高端成像，其中临界图像分析，其中精确的高质量图像，真正的色彩再现，较低的噪声更为重要。
但是，CMOS传感器行业在过去几年中发生了变化，现在提供了更好的传感器，噪音更低，在低光下长时间曝光的灵敏度更好，颜色保真度更好。随着相机制造商生产更多为高端成像应用提供极好的图像的CMOS相机，这个行业正在迅速转变。
一些相机制造商专注于低端市场，并使用较低的CMOS传感器，其他主要使用CCD传感器。选择的决定是特定于应用程序。CCD传感器仍然提供比CMOS更低的暗电流，使得CCD在某些应用中的普遍选项，例如宽场荧光显微镜。
生命科学相机成本
存在低端，中等范围和高端摄像头，涵盖生命科学的所有价格点。该应用程序定义所使用的相机类型，构建和组件的质量创造了价格差异。例如，更高等级的玻璃用于相机，其中需要更好的图像质量。制造商发现，生命科学和医疗市场愿意为必须满足更严格的相机的相机支付更多费用。生命科学的用户对价格不太敏感，因为它们对寿命，图像质量和产品的适应性更敏感。
当客户和应用程序可以降低价格折衷图像质量时，用于大体积寿命科学市场的传统机器视觉摄像头可花费不到500美元。通常，工业领域的摄像机具有大的像素并快速捕获。VGA相机提供基本信息，以确保全部适用于自动填充过程，检查小瓶是否正确密封或填充，可以销售几百美元。
生命科学教育目的最低的最低可爱相机达到500美元。大多数相机都在3,000美元 - 10,000美元的范围内，以及服务利基应用的特种相机，例如大分辨率全架摄像头，成本更多。电子乘法器CCD相机，深冷却，以满足较低的噪音和更高的QE要求可能超过20,000美元。
相机制造商如何克服生命科学应用所带来的主要挑战
保证相机产品将在长期内提供是一个重要的挑战，可能是行业最困难的挑战。为确保寿命，相机制造商仔细选择要进入相机硬件的组件，并与供应商一起使用，以确保将其销售成本。具有强大金融电力的较大制造商可以影响传感器供应商，以便长期固定产品。在开发过程中，当客户使用已达到其生命结束的特定传感器时，集成商与他们合作，购买足够的库存，以便将其产品前进十年或更长时间。
制造商还通过更稳定和长期类型技术优化了长期供应的相机设计，以确保他们不会依赖于可能无法为长期生存而无法生存的新技术或新兴技术。它们构建并测试自己的软件，以确保客户在客户验证后不需要更新。如果产品需要更改，制造商仔细控制产品发布并为客户提供早期信息，并与他们咨询，以便有足够的时间对其需求做出反应。
入口保护或IP评级是需要封闭或将在压力洗涤或化学洗涤剂环境中使用的相机制造商的另一个挑战。存在满足IP67标准的相机，用户在生命科学中的用户所需的常见标准。但是，符合更严格的IP69K标准所需的摄像机，最常见的是生命科学用户使用在房间或系统上运行样品或周期性维护之间使用化学洗涤剂进行洗涤的生物样本，以确保它是卫生的，更加努力并对制造商构成挑战。制造商最终必须在外壳中进行摄像机，因为大多数相机本身都没有建立以满足IP69K要求。
在生命科学领域，机器视觉摄像机没有“杀手级应用”
生命科学市场的许多领域往往是周期性的，由消费者需求驱动，并与经济周期相关。然而，医疗市场的持续性更强，需求稳定，通常有长期客户，这使其成为一个有吸引力的市场。该领域的增长领域包括医疗诊断、眼科、外科设备、牙科扫描仪、显微镜、病理学、实验室自动化以及其他一些较小的研究领域，如DNA和基因测序。但它们似乎都在平等地增长，没有一份申请脱颖而出，成为一个明确的领导者。其他表现出良好增长的领域是使用廉价摄像机和适合低预算的开放式微管理软件的教育市场。
一致性和数据管理是底线
相机用于不同的应用程序不同。但是，在董事会上，如果机器视觉相机用户有一个关键因素，以考虑到所有其他方面，那么一致性和可靠性在其他方面出现。用户不希望结果随时间变化并更喜欢可重复，一致的性能和行为的相机。
传感器选择、相机指标和系统作为一个整体，包括稳定的照明、相机的白平衡和校准监视器，以确保颜色没有关闭，可以极大地影响结果的可重复性和可靠性，而无需任何后处理。生命科学领域的机器视觉摄像机能够捕捉并精确、可靠地再现所见，而消费相机则依赖于后期处理。
条形码读取摄像头提供的图像是关于某些东西如何以及为什么会失败的数据。在这些情况下，数据管理是最重要的因素，对生命科学行业来说比图像本身更重要。当用户希望在同一操作过程中进行检查和读取条形码时，相机能否同时用于这两种目的就成了关键因素。而不是安装两个摄像头，条形码读取算法和机器视觉算法应该出现在一个摄像头上，以节省时间，并在检查期间提供可追溯性。