奧林巴斯顯微鏡，視頻成像基礎

可以被捕獲在顯微鏡的光學圖像，可以使用傳統的薄膜技術，數字化的電子檢測器，如電荷耦合器件（CCD），或具有管型攝像機。當必須記錄在實時動態事件，視頻攝像機往往是最合適的資源的任務。

視頻的主要功能是通過掃描的光學圖像，動態場景的忠實再現中的信息實時發送到一個接收器容納在一個遠程位置以觀看或錄制的原始事件，產生一個電信號。視頻顯微鏡的重要的功能和組成部分在圖1中圖解。在顯微鏡的光學事件都是首先被捕獲，并轉換成電的視頻信號由一個電子照相機連接到三目鏡筒換算。該信號可以被處理或記錄下來，然后發送到分析儀或重新轉換為一個二維圖像在視頻監視器上（圖1），在實時的。除了視頻信息（錄音錄像機或類似設備）的音頻信號，允許并發批注的意見，往往捕獲，否則無法挽回的信息。

視頻要考慮的重要特點是光學圖像的事實，通常是一個動態的（而不是靜態的）兩維數組，必須有一定距離，利用一個單一的通道或電纜傳輸。之前或之后傳輸中，視頻信號可能被處理或存儲之前被顯示在監視器上，必須立即忠實地遵循原始場景實時。廣播和有線電視（以及其它視頻應用）的發展，導致了一個巧妙的光電和電子設備，已經大有裨益視頻顯微鏡系列廣泛的吸引力。

在視頻顯微鏡，該信號通常是在非常短的距離，通過同軸電纜，而不是通過一個無線系統中的廣播發送。這種配置被稱為閉路電視（CCTV），這股很多共同點與無線或廣播電視，標準和慣例的一些偏差。

視頻信號發生器

成可收回列車的電脈沖，通過顯微鏡捕獲的一個兩維圖像的轉換是通過順序掃描的光學圖像的窄條。原則上，在顯微鏡圖像可以被掃描由任何電 - 光檢測器，其能夠迅速將光強度轉換成電壓或電流的電。許多視頻信號的特征，可以理解，一個合適的示波器上顯示掃描的電信號。

圖2示出從光學圖像的各掃描線之間的關系，以及由此產生的視頻信號。樣品是活輪蟲想像使用微分干涉差顯微鏡（DIC）。輪蟲的順序掃描圖像時由左到右（例如：A然后乙B“等）和增量上的圖像的左上角開始，向下整理的右下角。由于每個水平掃描被掃描時，它產生一個相應的測量值，單位為伏特（視頻信號）有關的圖像的亮度的電信號。

在圖2的下部的曲線圖顯示了通過掃描特定的圖像區域隨時間變化產生的電信號的曲線圖。圖像上的特定區域的位置，如C（1）或C（2） ，對應于它在視頻信號的時間點（C（1）或C（2） ）。雖然只有五個掃描線在圖2中示出，在整個圖像中實際掃描。因為被掃描的圖像的亮度成比例的電信號的振幅是，在電流或電壓的信號中的特定點，在該點對應的圖像的光強度（電壓。（1）對應的C的強度（ 1） ）。?水平掃描線所表示的圖像中的水平條的窄，以便以恒定的速度被掃描的距離CC（1），CC（2）和CC（3）在掃描圖像中的時間間隔（1毫升成正比），毫升（2） ，毫升（3）中的電信號。其結果是一個信號從一個單一的水平掃描線，是一個忠實的 ，隨時間變化的，電氣的表示形式的光學圖象中的相應的狹長。

為了構建一個完整的兩維圖象，視頻掃描線必須覆蓋整個圖像區域，將所得的電信號必須包含在所有掃描線的所有點的電壓振幅分布。串行格式輸出的電信號，從掃描線作為一個單一的線性信號而不是一個數組的并行信號（依次）。這意味著每個單獨的掃描線（AA' ，BB' ，等等）被添加到序列中，以產生一個單一的電脈沖的線性流可以沿單根同軸電纜傳送或傳輸（廣播）的電磁波通過在單個通道上的氣氛。

正如上面所提到的，一個兩維的光學影像變換成一系列的電脈沖，以產生一個視頻信號。標準慣例使然，“看到在視頻監視器上”從左上角到右，再重復下一行下來，類似于閱讀英文文本，圖像掃描。圖像的左上角的角（如在圖2和圖3中示出）開始，第一水平掃描沿著線A - A'從左至右。在到達點A' ，掃描光點是由“飛”在點B的位置的下一個掃描線的開頭。的反激式轉換器（或回掃）操作時的速度遠遠超過掃描速度，和回掃消隱期間的視頻信號，以防止跟蹤A'-B （圖3，黃色虛線）貢獻該信號。循環完成后，繼續掃描，水平掃描速度的標準，沿跟蹤BB' ，直到它再次飛回B' ?。這個周期繼續，直到所有的圖像區域中被順序地掃描。

水平掃描線（H）實際上不是水平的，而是傾斜向下稍微偏右的垂直距離，該距離等于一個單獨的掃描線的寬度。在這個意義上，掃描光點也在發生一個垂直掃描（V） ，向下移動的速度較慢，但恒定的速度。在掃描序列結束時已經完成了最后一個水平掃描（NN），掃描點飛回較低的右上角，在左上角點à N' 。垂直回掃之后，該過程重新開始，最終得到的視頻光柵。

的視頻畫面的上部左側位置，圖像的空間坐標的一個零值的水平（或X）和垂直軸（Y）。的X軸的值從左至右增加，而Y軸的增加值作為掃描從頂部向底部（向下）。在本公約中，利用了一個用于計算機顯示器相同，Y -軸的方向是相反的，從標準的笛卡爾坐標系。因此，掃描的開始點的坐標設置為（圖2-4）中的A是X= 0，Y = 0，或（0,0）。

所產生的掃描光束在一個光導攝象管攝像機和監視器的圖像的水平和垂直運動的磁性或靜電偏轉器，提供等速掃描所需的驅動的水平掃描線，垂直偏轉，和快速的反激。得到的波形進行偏轉器所產生的鋸齒形圖案，可以很容易地看到這些信號時，在示波器上觀察。鋸齒波的確切形狀的映像的完整性是非常重要的，因為斜率的波管掃描速度。在鋸齒波的一部分的情況下，不是完全線性的，而是稍彎曲，或當坡度不是恒定的，得到的視頻圖像失真的鋸齒波的偏差量。每個水平和垂直鋸齒波的頻率，確定在水平和垂直方向的掃描速率。的H掃描的掃描頻率要高得多，生產速度和重復出現多次在一個單一的垂直（V）掃描。

在反激期間，回掃信號的電壓下降到消隱電平，基本上是關閉的掃描式電子束，以避免增加額外的線路，會使圖像劣化。這些消隱脈沖開始前的水平和垂直回掃變換器的很短的時間，以確保消隱完成后，如在圖4中示出。

前面的討論中涉及的電子設備中產生的視頻信號適用于光導攝象管和類似真空管攝像機。固態攝像機，如電荷耦合器件（CCD）和有源像素傳感器CMOS成像器，顯示設備采用固定的圖像元素（稱為像素）陣列捕捉和顯示圖像。雖然與固態裝置，以不同的方式，檢測器和顯示掃描的視頻信號是相同的管型攝像機產生的。

標準掃描速率

標準廣播格式，適應北美國家和日本，生產的525條水平掃描線在重復每一秒每幅圖像的30倍。在歐洲和英國的格式，掃描圖像625的水平線與每秒25次的重復。為了避免混淆，北美標準被稱為為525/60 的掃描速率，歐洲標準是625/50的掃描速率。在本節的討論假定一個視頻掃描率525/60，北美標準。

閃爍是惱人的偽影的圖像時，會發生間歇地每秒數幀的眼睛。在一個視頻場景，有一個適量的亮度，閃爍變得相當不顯眼的，臨界閃爍頻率達到40和60赫茲（Hz或每秒周期數）之間的刷新率。閃爍光飄飄，發生在低刷新頻率時的一個場景的亮度呈周期性波動，幾次第二的感覺。由于波動頻率的增加，刺激上升，并在10赫茲左右達到最大值，尤其是在明亮的光照與黑暗交替閃爍。在更高的刷新率（頻率），現場不再出現脫節，從一個場景移動到下一個被認為順利發生。持久性的閃爍發生的頻率在幾十赫茲，在其中發生閃爍不再被超出該臨界閃爍頻率。出于這個原因，電影預計在無聲電影（18幀/秒的速度，每幀中斷一次）36赫茲和48赫茲（24×2）有聲電影。

臨界閃爍頻率大幅上升，作為圖像變亮或更大的視野。在30 Hz顯示的圖像表現出相當閃爍，而顯示刷新率60赫茲以上產生相應減少金額閃爍刷新率穩步上升，。為了減少閃爍，在525/60的掃描速率的視頻圖像是在60赫茲的刷新率，而不是30赫茲。

在525/60格式，每個幀由525個水平掃描線和解剖成兩個隔行掃描場，第一個被稱為一個奇數場和一個偶數場的第二。262.5掃描線組成，每個字段出現在頻為60赫茲。其結果是每秒30次（30赫茲），場頻為60赫茲的整體，以減少或消除閃爍出現的每一幀（一個完整的畫面）。因此，525/60，是指每幀刷新率為每秒60場（赫茲）的525個水平掃描的掃描系統。于隔行掃描的各個偶數和奇數場，每262.5非相同的水平線，沿垂直軸。

在圖5中，其中每幀的奇數行（第一，第二，第三，等）通過第一掃描圖像在北美格式的隔行掃描的光柵掃描。繼續掃描，它可以從上面的坐標為（0,0），為262.5倍，直到它到達它到達在一個點跨越在所述的水平掃描結束= 0.5，Y =最大字段的底部。后的奇數場完成后，掃描光點飛回的頂部和第二次掃描，在偶數場，啟動。偶數場掃描開始坐標（0.5,0）在以最低的全幀的水平掃描線（在圖5中的480行）的端部處的頂部幀的中間。奇數和偶數掃描開始各自領域? = 0，框架頂部。因此，隔行不使，備用字段開始在不同的高度在屏幕上。

偶數場的掃描線，其出發點是水平移動? / 2相的奇數場掃描開始，正好貼合的間隙之間的奇數場的行，反之亦然。到奇數和偶數掃描字段包括半行掃描允許精確的隔行掃描，這將是不可能的，如果每個字段組成的一個不可分割的行數的。根據構成一幀的字段的數量時，交錯比率可以是1:1，2:1（在本例中），或4:1。

在北美的525/60掃描格式中，一個字段被重復60次，在第二個（60赫茲）。由于每場有262.5行，水平掃描速率是（262.5×60）或15750赫茲。水平掃描間隔，因此63.5微秒（倒數15,750）。垂直掃描頻率為60赫茲（垂直頻率），這將產生一個垂直掃描間隔16.67毫秒（262.5/15，750）。

消隱的視頻信號的有效掃描行的數量減少。對于垂直掃描消隱時間是約21個水平掃描，使有效掃描行數約為483行，每 幀（（262.5 - 21）×2）。有效掃描行的有效圖像區，這是在最后的場景顯示在顯示器上的區域不進行消隱。

縱橫比被定義為掃描字段的寬度和高度的有效視頻幀，當前廣播兼容的視頻格式是4:3的比例。遵守的標準寬高比防止嚴重畸變的圖像，例如顯示為一個橢圓形的圓。應當指出，經常被用來與監控系統（電子工業協會規格RS-343）的縱橫比為1:1。

總之，我們已審閱了一個“活”的形象在一個光柵掃描產生的電信號線性系列生產。信號包括攝像機消隱脈沖和原始圖像中的每個點處的照度（亮度）。通過隔行掃描，刷新頻率超過臨界閃爍點很容易獲得順眼，產生的視頻圖像。