Reproducción de imágenes biomédicas: Guía para elegir las especificaciones de la cámara de visión artificial y cómo calcularlas

Las aplicaciones de investigación y de diagnóstico biomédico generalmente requieren que los generadores de imágenes tengan una resolución espacial mayor, una reproducción de color precisa, mayor sensibilidad en condiciones de luz tenue y, en muchos casos, una combinación de los tres factores para mejorar la confiabilidad de los datos. Contar con una cámara microscopio, una cámara de histología, una cámara de citología/citogenética, una cámara de epifluorescencia; etc. adecuadas es fundamental para proporcionar un diagnóstico adecuado en una aplicación clínica o datos confiables con fines de investigación. Entonces, ¿cómo sabe qué cámara de visión artificial es mejor para su aplicación? En las siguientes secciones, abordaremos varios aspectos para tener en cuenta al elegir una cámara de visión artificial para sus aplicaciones biomédicas y de ciencias biológicas. 

Factores específicos de la aplicación a tener en cuenta

Resolución y precisión de color

La resolución requerida depende del aumento de la estructura de interés en la muestra en relación con el tamaño de píxeles de la cámara; es decir, una resolución alta en una aplicación de microscopio se puede lograr en una cámara 2MP, una cámara 25MP o en cualquier otra entre ellas. Depende del aumento de la estructura de interés en la muestra según los componentes ópticos relacionados con el tamaño de los píxeles de la cámara. Para escoger las mejores opciones de cámara a fin de lograr la resolución deseada, primero determine el tamaño de la estructura menor en la muestra que desea determinar. A continuación, multiplíquelo por los aumentos de la lente en su sistema óptico. Esto proporcionará el tamaño de estas estructuras cuando se proyectan en el sensor de la cámara.

Si el tamaño de la estructura es al menos 2,33 (Nyquist) veces el tamaño de un píxel en el sensor de la cámara, entonces la cámara podrá determinar esa estructura. Por ejemplo, si el tamaño de estas estructuras proyectadas es ~8 um, entonces una cámara con 3,45 um píxeles podrá determinar esas estructuras. Existen otros métodos para medir la resolución (p. ej., pares de línea), pero este es un cálculo fácil para encontrar opciones de cámara adecuadas para probar.

Las aplicaciones de diagnóstico por imágenes, tales como la histología, la citología y la citogenética, funcionan con un amplio rango de luz blanca (entre ~400 nm y 700 nm) o usan una longitud de onda elegida dentro de este rango (por ejemplo, 565 nm). Si los especímenes en estas muestras no están vivos (o fijos) pueden exponerse a niveles de luz brillante sin correr el riesgo de difuminación del tinte o destrucción de la muestra. Bajo estas condiciones, el principal requisito para la cámara es resolución alta y reproducción del color. En otras palabras, la sensibilidad de luz tenue no es un factor importante. Para hallar modelos de alta resolución, use nuestro selector de cámara de visión artificial FLIR y filtre y clasifique por megapíxeles.

Sensibilidad, eficiencia cuántica y rango dinámico

Para las aplicaciones de diagnóstico por imágenes con especímenes vivos, el desafío es evitar la sobreexposición de la muestra a demasiada cantidad de luz, que puede descolorar las moléculas fluorescentes o destruir el espécimen. Estas aplicaciones generalmente utilizan una técnica denominada epifluorescencia. Las técnicas de epifluorescencia se pueden usar tanto en especímenes fijos como vivos. Algunos especímenes son raros o cuesta adquirirlos, y el proceso de crear muestras puede ser costoso en cuanto a materiales y mano de obra. Por lo tanto, un sistema que preserva la calidad de las muestras puede ayudar a reducir el coste constante de estas aplicaciones de diagnóstico por imágenes.

La epifluorescencia utiliza una longitud de onda de energía alta que se filtra para salir de la muestra a fin de emitir una longitud de onda de energía baja. La longitud de onda de energía baja se vuelve a filtrar a la cámara. En estas condiciones, el principal requisito es la sensibilidad, porque permite el uso de una luz menos intensa y menos perjudicial en la muestra. Una cámara con una sensibilidad excelente puede proporcionar imágenes de alta calidad incluso cuando la luz de emisión es de baja energía.

Para hallar modelos con una sensibilidad excelente que tengan un buen desempeño en condiciones de luz tenue, puede centrarse en tres especificaciones: sensibilidad absoluta, eficiencia cuántica y rango dinámico. La sensibilidad absoluta es la cantidad de fotones necesarios para obtener una señal equivalente al ruido observado por el sensor; cuanto más baja sea la cantidad, mejor. La eficiencia cuántica es el porcentaje de fotones convertidos a electrones en una longitud de onda en particular; en este caso se necesita un número elevado. El rango dinámico es la relación de la señal con el ruido, incluido el ruido oscuro temporal (el ruido del sensor cuando no hay señal); cuanto mayor sea, mejor. Para una comparación más fácil, use el selector de modelos de FLIR para filtrar y hallar los mayores valores.

Generalmente, los modelos monocromáticos tienen un mejor funcionamiento con luz tenue comparado con los equivalentes de color. Para ver los detalles del funcionamiento de la producción de imágenes del modelo, observe la documentación de funcionamiento de la producción de imágenes de EMVA para el modelo. En el sitio web de FLIR, estos se pueden encontrar en el enlace “Recursos de la cámara” (Camera Resources) para cada familia de cámaras: Recursos de Oryx (Oryx Resources), Recursos de Blackfly S USB (Blackfly S USB Resources), Recursos de Blackfly S GigE (Blackfly S GigE Resources),  Recursos de Firefly (Firefly Resources). 

Para obtener más información sobre la norma de funcionamiento de la producción de imágenes de EMVA y sobre cómo comparar los modelos en términos de sensibilidad, consulte Cómo evaluar la sensibilidad de la cámara.

Combinación de factores

Para las aplicaciones que utilizan la epifluorescencia y la luz blanca, busque modelos de cámara que ofrezcan la nueva función de aumento de conversión de Sony, que proporciona la capacidad de optimizar el sensor para una alta sensibilidad o una capacidad de saturación elevada. El aumento de conversión elevada es ideal para ambientes de luz tenue, porque se minimiza el ruido de lectura, lo que produce un umbral de sensibilidad absoluta bajo, que es perfecto para detectar señales débiles con exposiciones cortas. El aumento de conversión baja es ideal para condiciones de iluminación brillante, ya que la capacidad de saturación se maximiza, lo que produce una mejora en el rango dinámico. El ADC de 12 bits limitará el rango dinámico máximo. 

Para buscar una lista de modelos con aumento de conversión, remítase a nuestra Reseña del sensor de visión artificial. Si desea obtener ayuda para escoger las cámaras adecuadas para su aplicación específica, contáctese con uno de nuestros expertos en visión artificial.

Cómo escoger la cámara adecuada

Al escoger una cámara, un buen punto de partida es elegir un sensor CMOS más nuevo. Los sensores más nuevos generalmente ofrecen un mejor funcionamiento (y pueden ser más económicos).  Además, si la aplicación en cuestión requiere la compra de muchas cámaras durante varios años (por ejemplo, la fabricación constante de un instrumento de diagnóstico), entonces es fundamental elegir una cámara que no esté al final de su ciclo de vida, de lo contrario incurrirá en el coste de rediseñar un reemplazo de la cámara en un corto plazo.

FLIR fabrica más de 200 variantes de cámaras de visión artificial que se adaptan ampliamente a tres familias de cámaras que utilizan los últimos sensores CMOS: Blackfly S, Oryx y Firefly.

La familia de cámaras Blackfly S ofrece la mayor variedad de sensores, factores de forma e interfaces. Con cada modelo que se ofrece en las variantes USB3 y GigE, estas cámaras son extremadamente versátiles y fáciles de incorporar durante la fase de rediseño. Las versiones de nivel de placa Board level Blackfly S son versiones en miniatura de nuestra variedad con carcasa que cuentan con todas las funciones y se adaptan particularmente a espacios reducidos y aplicaciones integradas. La amplia variedad de funciones, el excelente precio en relación con el rendimiento y las resoluciones de hasta 24 MP hacen que sean la opción preferida para las aplicaciones biomédicas y de las ciencias biológicas.

La familia de cámaras Oryx ofrece sensores de alta resolución junto con una interfaz rápida de 10 GigE, que permite captar imágenes con una resolución de 4 K, 12 bits a más de 60 FPS. La interfaz Oryx’s 10GBASE-T es un estándar demostrado y ampliamente utilizado que proporciona transferencias de imágenes fiables en longitudes de cable de más de 50 metros en CAT6A económicos, o en CAT5e mejores de más de 30 m.

La familia de cámaras Firefly ofrece un factor de forma de caja muy pequeña, peso liviano, baja potencia y bajo precio. El modelo Firefly DL también cuenta con la capacidad de ejecutar una red neural previamente cualificada que se puede utilizar para detectar o clasificar objetos.

Todas las cámaras de color de visión artificial de FLIR proporcionan la capacidad de personalizar la reproducción del color en forma de distintas opciones de equilibrio del blanco y el uso de una matriz de corrección del color única, que es importante en la reproducción de imágenes biomédicas donde la precisión de los colores puede significar distintas cosas dependiendo del análisis visual humano para un diagnóstico frente a un formato legible por máquina para la precisión de los datos. Para obtener más información sobre estas funciones, consulte Cómo utilizar el equilibrio de blancos con Blackfly S y Spinnaker y Cómo utilizar la corrección de color en Blackfly S y Oryx.

Además, las familias de cámaras de visión artificial Blackfly S, Oryx y Firefly de FLIR se pueden controlar y programar utilizando GenICam3 y Spinnaker SDK, que cuenta con un diseño completamente nuevo creado con la facilidad de desarrollo e implementación en mente, lo que garantiza la posibilidad de lograr mayor rapidez en el desarrollo y las pruebas de la aplicación.

Para restringir más las opciones de modelos de cámara, el sitio web de FLIR tiene un selector de cámaras de visión artificial con varios criterios de filtro disponibles:

Ver el selector de cámaras de visión artificial

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