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数字成像技术的爆炸式增长正在席卷成像市场。新的数码相机与强大的计算机软件相结合，现在可以提供与传统卤化银胶卷摄影相媲美的图像质量。此外，数码相机也更易于使用，并为图像处理和存储提供更大的灵活性。
数字成像越来越多地应用于显微镜的图像捕获 - 这个领域需要高分辨率、色彩保真度和对通常有限光照条件的仔细管理。即使对于传统的基于胶片的摄影，这些都是具有挑战性的要求，那么为什么要考虑数字成像呢？本文介绍了数字成像在这些条件下的表现以及数字成像对光学显微镜师的优势。
在示出的图1是具有三个荧光染色，并与耦合到尼康DXM1200数字照相机系统记录小鼠肠的厚壁部的数字图像SMZ1500立体显微镜。该图像是利用荧光和尼康专有的倾斜相干对比度 (OCC) 照明技术的组合捕获的。总共进行了四次整合，并在 Photoshop 中合成了图像，以产生图中所示的最终版本。
需要强调的是，最终图像的质量，无论是数字还是胶片，都取决于原始显微镜图像的质量。无论数码相机或传统相机有多好，它都无法从配置不当的显微镜中产生出色的图像。此外，胶片和数字成像系统都可以揭示通过显微镜目镜观察时无法立即看到的缺陷。
随着电子通信的普遍增长，对可以轻松传输给广大用户的数字图像产生了真正的需求。例如，数字图像可以简单地通过电子邮件发送进行咨询和讨论，合并到其他数字文档中，导出到图像分析系统或发布在网站上，因为它们易于复制、存储和存档。还可以使用适当的软件轻松注释它们以包含在演示文稿或档案中。虽然可以将摄影图像扫描到计算机中以生成数字图像 - 从一开始就进行数字图像捕获可以节省时间和精力。
大多数数码相机都采用“指向和点击”原理——几乎不需要或根本不需要摄影专业知识。相比之下，传统的显微摄影需要一些摄影技术知识。用户需要了解不同类型摄影胶片的优缺点，应仔细注意他们使用的滤镜，并对镜头光圈、快门速度、景深以及彩色显微摄影色温之间的关系有一定的了解。结果可能是可变的，尤其是对于新手而言，因此重要的图像“包围”曝光的重要做法，即拍摄至少三张单独的照片以确保至少一张照片成功。然而，这增加了薄膜和加工成本。
数字成像几乎是瞬时的。大多数相机都有一个 LCD 屏幕，可以查看图像，并且可以将图片快速传输到 PC。可以立即决定图片是否令人满意。另一方面，胶片需要显影和处理才能被看到。到这个时候，这个主题可能不再存在，尤其是在显微镜学家正在记录活细胞中的动态事件的情况下。
相机可提供数字或模拟输出。对于模拟输出，有几种不同的标准，如 PAL、NTSC 或 RS-170，对于传输数据，也有不同的格式，如 RGB、S-VHS 或复合。模拟信号必须使用图像采集卡转换为数字信号，然后才能发送到计算机，而在数码相机中，发送到计算机的信号已经是数字格式。这降低了噪音，并且显然不需要帧采集器。数字信号可以使用串行或并行端口（都很慢）、USB（更快，但在几乎所有现代计算机上都可用）、Fire Wire（比 USB 快但不那么普遍）或通过 PCI 总线板（速度最快，广泛可用，但需要安装板）。
数字成像系统将图像传输到计算机的速度各不相同，这对于拍摄大量照片的实验室来说是一个重要的考虑因素。对于低容量用户，等待一分钟将图片下载到 PC 可能是可以接受的，但对于繁忙的实验室来说，这可能会严重限制速率。
呈现在图2是尼康DXM1200数码相机系统的Windows界面。相机需要将专有卡插入计算机主板，并通过随附的自动相机驯服(ACT) 软件控制输入/输出。
实时图像流对于聚焦和定位很重要 - 相机要么具有板载LCD观看监视器，要么用户应该能够在 PC 屏幕上实时查看要拍摄的图像。LCD显示器需要足够大才能很好地看到图像，尤其是在没有直播到 PC 的情况下。一些 LCD 屏幕可以向用户的方向倾斜，以便于查看。这可能很重要，尤其是对于显微镜专家。
对于需要在实验室中使用相机执行各种任务的用户来说，可以轻松地从显微镜安装和移除的相机将是一个优势。
分辨率可能是选择相机的最重要参数。图像必须能够记录显微镜放大显示的精细细节。数字图像由数百万个称为图片元素或像素的小方块组成。这些微小的像素用于显示或打印图像，给定区域中的像素越多，图像的分辨率就越高。如果放大数字图像，将会出现单个元素可以被视为单独的点 - 类似于卤化银照片中的颗粒，图像包含的像素越多，在单独的像素开始显示之前可以放大的越多. 图像的大小可以通过其尺寸来描述，例如 1500 x 1700 像素或存在的像素总数，在这种情况下为 255 万。分辨率也常被引用为电荷耦合器件 (CCD) 的大小，它实际上是芯片上的像素数。然而，应该注意的是，各个像素的大小在不同类型的 CCD 之间有所不同。对于显微镜，6.7 微米的像素大小（正方形）被认为是理想的。
当光线进入相机时，它会通过一个过滤器，将像素分成红色、绿色和蓝色色调的像素 - 所使用的颜色创建整体彩色图像。然后光线被引导到 CCD，这是一种特殊的半导体，可以将光线转换为电荷。电荷的强度与来自对象的光的强度成正比。存储在数字图像中的值指定了每个像素的亮度和颜色。
一些相机使用“猜测”两个像素之间的值的软件通过额外的外推步骤来实现其分辨率。该值用于最终的“外推”图像。其他相机获取三个独立的图像 - 红色、绿色和蓝色各一张，然后将它们组合成全分辨率（非外推）图像。这种方法的缺点是曝光时间增加了三倍。
高分辨率也可以通过尼康最近为其 DXM1200 数码相机推出的新技术实现（图 2 和图 3）。被称为 IPS（像素间步进）的技术) 使用压电机制通过前后移动芯片来提高芯片的分辨率，例如，总共九个步骤，大约 1/3 像素。在这种情况下，这会将图像的分辨率和大小都增加 9 倍。使用这种方法，可以对多个图像进行平均，以生成噪声更少的更清晰的图像。DXM1200 可生成约 1200 万个输出像素的高质量图像。这大致相当于传统 35 毫米胶片中卤化银颗粒的数量。因此，性能可与传统的基于胶片的卤化银图像相媲美，甚至在放大方面超过它们。其低噪声设计特别适用于捕捉低光图像，例如在荧光研究中。
软件显然是数码相机的一个重要功能。更强大的软件赋予用户更大的灵活性，但同样，软件功能应该与实验室的需求相匹配。对于专业用户，DXM1200 附带的 ACT-1 图像采集软件提供了易于使用的复杂功能。
数字成像为显微镜工作者提供了一个充满机遇的世界，它提供了一个易于使用的图像采集系统，可以轻松地存储、操作和管理图像。
选择数码相机时，分辨率、图像传输速度和色彩保真度是良好的起点，但软件和操作的简便性也是重要的考虑因素。由于数字成像的简单性，现在每个人都可以获得高质量的图像。
