质保3年只换不修，厂家长沙实了个验仪器制造有限公司

一、引言

赛默飞Invitrogen Countess 3 自动细胞计数仪是一款集光学显微成像、图像识别算法与数据分析于一体的高性能细胞检测设备。其核心技术之一即为成像系统（Imaging System），该系统决定了仪器的图像清晰度、识别精度及分析速度。
Countess 3的成像系统融合了高分辨率光学镜头、精密照明结构、先进的数字图像传感器以及智能图像处理算法。通过光学设计与电子成像技术的紧密结合，仪器能够在极短时间内完成样品成像、聚焦、识别与数据计算，从而实现自动化、高通量、无偏差的细胞计数与活性分析。

二、成像系统总体结构

Countess 3的成像系统由以下四个核心模块组成：

1. 光学显微镜模块：用于样品放大与成像；

2. 照明与光路系统：提供稳定、均匀的光源；

3. 图像采集与传感模块：将光学图像转换为数字信号；

4. 图像分析与处理系统：执行聚焦优化、边缘识别与活死细胞分类。

整个系统通过精密的机械对准与自动控制算法协调运行，实现快速自动聚焦与高精度捕获图像。

三、光学显微镜模块

1. 光学结构设计

Countess 3采用高品质显微成像光路，内置10×等效放大倍率的光学镜头系统。光学结构包括物镜组、对中透镜、成像镜与传感器耦合透镜等部分。该系统在光路设计中引入低畸变光学玻璃，以消除像差和边缘失真，保证整个视野范围内亮度与清晰度均匀。

2. 分辨率性能

• 光学分辨率：可清晰分辨≥5 μm的细胞结构；

• 视场范围：单次成像面积约2 mm × 2 mm；

• 像场平坦度：边缘亮度衰减小于5%；

• 焦深范围：约±20 μm，满足悬浮细胞的成像需求。

3. 光学对准

镜头组件经过工厂级光轴校准，保证光路同轴度误差小于0.05°。光学路径通过固定支架设计实现长期稳定性，即使在运输或长期使用后仍能保持高对准精度。

4. 防反射与防污染设计

所有镜头表面均采用多层镀膜技术，有效减少反射与散射光干扰。光学腔体采用密封结构，防止灰尘和水汽进入，确保成像系统长期稳定。

四、照明与光路系统

1. 照明光源

Countess 3采用高亮度、低功耗LED光源，提供稳定均匀的照明条件。

• 光源类型：白光LED（明场）与多通道荧光LED（Fluorescence版本）；

• 光谱范围：400–700 nm；

• 光源寿命：大于20,000小时；

• 亮度稳定性：波动小于±2%。

LED光源相较传统卤素灯具有能耗低、热量少、寿命长等优点，能在长时间运行下保持光强稳定，避免对细胞样品造成热影响。

2. 照明均匀化设计

光路中配置菲涅尔透镜与漫射片，形成均匀照明面。系统通过光学积分机制使照射光强在整个成像区域内均匀分布，亮度差异小于5%，避免中心与边缘光强不一致造成的识别误差。

3. 光路构成

光路采用透射式成像方式。光线自LED光源发出，经准直透镜与漫射片整形后穿透样品，再经物镜聚焦投射至成像传感器。
荧光版本则增加激发光与发射滤光片组，通过多通道切换实现不同荧光信号的检测。每个滤光通道均经过精密光谱校准，确保不同波段信号分离准确。

五、图像传感器与信号采集

1. 传感器类型

仪器内置高灵敏度CMOS图像传感器（Complementary Metal Oxide Semiconductor），该传感器具有高分辨率、低噪声与高速读取的特点，适合动态范围广的生物样品成像。

2. 主要参数

• 有效像素：约300万（2048 × 1536）；

• 像素尺寸：3.45 μm × 3.45 μm；

• 信噪比（SNR）：≥40 dB；

• 动态范围：12-bit灰度深度；

• 采样速率：≥60帧/秒；

• 光谱响应范围：400–700 nm，适合明场与荧光双模式检测。

3. 数字化过程

CMOS传感器将入射光信号转换为电荷信号，随后通过模数转换器（ADC）转化为数字图像数据。系统对信号进行伽玛校正、平场补偿与像素均衡，以提高整体对比度与清晰度。

4. 噪声抑制与温度控制

传感器内部设计有低噪声放大器与温度补偿模块，可有效降低暗电流与热噪声。即使长时间连续检测，也能保持信号稳定性。

六、自动聚焦系统

1. 原理概述

Countess 3具备智能自动聚焦（Auto Focus）功能。该系统通过扫描不同焦距下的图像清晰度，计算对比度函数（如Laplacian方差或Tenengrad算法），选取清晰度最大点作为最优焦平面。

2. 聚焦机制

自动聚焦机构由步进电机驱动，镜头沿Z轴微调位移，每次调整步长约1 μm。系统通过算法实时反馈焦点位置，实现毫秒级聚焦响应。

3. 聚焦精度

• 重复定位精度：±1 μm；

• 聚焦时间：小于3秒；

• 稳定性：重复聚焦100次偏差小于2 μm。

4. 手动微调模式

在特殊样品（如颗粒较大或背景复杂）下，可使用手动调焦功能，通过触控滑条微调焦距，确保图像最清晰。

七、图像采集与处理系统

1. 图像采集流程

1. 光源照射样品；

2. 光信号通过物镜聚焦形成影像；

3. CMOS传感器采集影像并生成数字信号；

4. 软件对图像进行预处理（降噪、增强、对比度调整）；

5. 算法模块执行识别与计数分析。

整个流程自动完成，全程无需人工干预。

2. 图像预处理算法

• 去噪处理：采用中值滤波与高通滤波相结合方式；

• 背景扣除：去除非均匀照明导致的背景偏差；

• 亮度均衡：动态调整灰度范围以增强边缘对比度；

• 形态学运算：用于去除杂质与伪影。

3. 图像识别与分割

AI算法通过细胞的灰度、圆度、边缘特征识别单个细胞，并利用分水岭算法分离聚团细胞。系统可自动剔除非细胞对象（如碎片或气泡），提高计数准确性。

八、荧光成像系统（Countess 3 FL版本）

1. 光路结构

荧光成像系统采用独立的激发光源与发射检测路径。每个通道包括LED光源、激发滤光片、二向色镜与发射滤光片。

• 激发波段：DAPI（358 nm）、GFP（488 nm）、RFP（555 nm）；

• 发射波段：DAPI（461 nm）、GFP（509 nm）、RFP（584 nm）；

• 切换方式：电子自动切换或软件控制。

2. 成像性能

• 荧光分辨率：可检测低至10⁻⁶ mol/L的荧光信号；

• 信号线性度：偏差小于5%；

• 信号背景比（S/B）：>100；

• 曝光时间：0.5–1000 ms自动调节。

3. 应用功能

荧光成像不仅可用于识别转染细胞比例、蛋白表达量，还可用于检测细胞凋亡、活性荧光染料标记及多色分析实验。

九、成像校准与质量控制

1. 校准目的

成像校准用于确保光学放大倍率、亮度分布与像素比例的准确一致。长期使用后，由于光源老化或镜头偏移，需定期校准以维持性能。

2. 校准流程

1. 使用10 μm标准微球进行视场尺寸校正；

2. 拍摄标准灰阶图像检测亮度均匀性；

3. 系统自动生成校准系数并存储；

4. 校准后运行测试样品验证精度。

3. 校准频率

建议每6个月或累计使用1000次后执行一次完整校准；若更换光源、镜头或传感器，应立即重新校准。

十、图像输出与显示系统

1. 图像显示

• 显示屏：7英寸电容触控屏，分辨率1024×600；

• 图像输出格式：JPEG、TIFF；

• 放大缩放：支持1×–4×数字放大；

• 对比度调节：自动与手动两种模式；

• 伪彩显示：用于荧光信号分层可视化。

2. 数据输出

图像及分析结果可导出为PDF或CSV文件，并可通过USB或网络传输至外部系统。用户可保存原始图像以便后期分析。

3. 多样本比较

系统支持图像并列对比功能，可在屏幕上同时显示不同样本的成像结果，方便进行形态差异分析与结果复核。

十一、成像系统性能优势

1. 高分辨率成像：精确识别小至4 μm细胞，边界清晰；

2. 自动曝光与聚焦：全程智能控制，提高通量与重复性；

3. 高稳定性光源：LED照明无闪烁、低热量；

4. AI辅助识别：结合深度学习算法提升图像判读精度；

5. 多模式兼容：支持明场与荧光模式切换；

6. 低噪声成像：CMOS传感器配合算法降噪，图像信噪比高；

7. 实时分析：图像捕获后即时生成结果，无需离线处理。

十二、常见成像问题与解决措施

十三、系统维护建议

1. 定期清洁镜头、照明窗口与载片槽；

2. 每半年检测光源亮度并记录衰减情况；

3. 定期执行自动聚焦与光学校准；

4. 禁止在成像过程中移动仪器；

5. 使用防尘罩覆盖仪器防止外部灰尘进入；

6. 若图像信号持续异常，应联系专业维护工程师。

十四、成像系统应用扩展

Countess 3成像系统不仅应用于基础细胞计数，还可扩展至以下领域：

• 细胞形态学研究：利用图像边缘参数分析细胞形态变化；

• 药物作用机制研究：通过荧光信号变化评估药物对细胞活性的影响；

• 干细胞分化分析：基于细胞大小与形态变化进行分化阶段判断；

• 微生物检测：应用于酵母、细菌群体计数与活性监测；

• 质量控制：在生物制药过程中用于细胞生长状态监控与批次验证。