引用两篇文章:
知识点:
1、CCD用于宽场成像时,二维成像系统的分辨率不仅与光学分辨率有关,还与CCD的单个物理像素大小有关。光学横向分辨率由公式0.61λ/NA计算可知约为200nm,即可分辨的两个点横向空间距离不得小于200nm。假如用100×物镜,可分辨的两个点空间距离则为20μm。用CCD成像,不难理解,若想分辨这两个点,每个物理像素不能大于20μm,但实际情况是由于不能控制两个像点投射在靶面的位置,因此一般采用“倍频”原则,每个像素大小为对应物镜光学分辨率的一半,即选用100倍物镜下10μm大小的像素就可与光学分辨率极限匹配。
2、已有显微镜和相机,希望知道当前成像系统的分辨率究竟是多少
我们可以用木桶理论来考虑这个问题。光学系统的分辨率(光学分辨率)和相机的图像分辨率是整个成像系统分辨率这个“木桶”上的两块“木板”;成像系统的分辨率等于这两块“木板”上的那个短板。
对于显微镜:光学分辨率=λ/2*N.A。其中λ为波长(对于普通生物显微镜卤钨灯波长默认为0.55μm);N.A为物镜的数值孔径。
相机的图像分辨率=2*像元大小/放大倍数
举一个具体的例子:一台生物显微镜,采用N.A0.65的40X倍物镜,光路中没有其他放大;卤钨灯照明
采用JFMV-M1200C相机,像元大小为1.85um。
光学分辨率 = 550nm/2*0.65 = 423nm
相机的图像分辨率 = 2*1.85um/40 =92.5nm
比较二者,光学分辨率较差(即数值较大),所以整个系统的分辨率是受限于光学分辨率的,为423nm。
通过公式(物方分辨率与对应物方分辨率)对比,可推出系统分辨率是受光学分辨率影响,还是受CCD相机分辨率影响。
色差校正 | 物镜倍率β | NA | 波长λ(um) |
物方分辨率(um) (0.5λ/NA) |
像方分辨率(um) (0.5λ/NA)*β |
像元最大值(um) 0.5*[(0.5λ/NA)*β] |
像元大小α(um) 假设值 |
对应物方分辨率(um) 2*α/β |
ACH | 1 | 0.03 | 0.55 | 9.17 | 9.17 | 4.58 | 2.4 | 4.80 |
2 | 0.05 | 0.55 | 5.50 | 11.00 | 5.50 | 2.4 | 2.40 | |
2.5 | 0.07 | 0.55 | 3.93 | 9.82 | 4.91 | 2.4 | 1.92 | |
4 | 0.1 | 0.55 | 2.75 | 11.00 | 5.50 | 2.4 | 1.20 | |
5 | 0.1 | 0.55 | 2.75 | 13.75 | 6.88 | 2.4 | 0.96 | |
10 | 0.25 | 0.55 | 1.10 | 11.00 | 5.50 | 2.4 | 0.48 | |
20 | 0.4 | 0.55 | 0.69 | 13.75 | 6.88 | 2.4 | 0.24 | |
40 | 0.65 | 0.55 | 0.42 | 16.92 | 8.46 | 2.4 | 0.12 | |
50 | 0.65 | 0.55 | 0.42 | 21.15 | 10.58 | 2.4 | 0.10 | |
60 | 0.65 | 0.55 | 0.42 | 25.38 | 12.69 | 2.4 | 0.08 | |
100 | 0.8 | 0.55 | 0.34 | 34.38 | 17.19 | 2.4 | 0.05 | |
100 | 1.25 | 0.55 | 0.22 | 22.00 | 11.00 | 2.4 | 0.05 | |
色差校正 | 物镜倍率β | NA | 波长λ(um) |
物方分辨率(um) (0.5λ/NA) |
像方分辨率(um) (0.5λ/NA)*β |
像元最大值(um) 0.5*[(0.5λ/NA)*β] |
像元大小α(um) 假设值 |
对应物方分辨率(um) 2*α/β |
FL | 1 | 0.03 | 0.55 | 9.17 | 9.17 | 4.58 | 2.4 | 4.80 |
2 | 0.07 | 0.55 | 3.93 | 7.86 | 3.93 | 2.4 | 2.40 | |
2.5 | 0.07 | 0.55 | 3.93 | 9.82 | 4.91 | 2.4 | 1.92 | |
4 | 0.13 | 0.55 | 2.12 | 8.46 | 4.23 | 2.4 | 1.20 | |
5 | 0.15 | 0.55 | 1.83 | 9.17 | 4.58 | 2.4 | 0.96 | |
10 | 0.3 | 0.55 | 0.92 | 9.17 | 4.58 | 2.4 | 0.48 | |
20 | 0.5 | 0.55 | 0.55 | 11.00 | 5.50 | 2.4 | 0.24 | |
40 | 0.75 | 0.55 | 0.37 | 14.67 | 7.33 | 2.4 | 0.12 | |
50 | 0.75 | 0.55 | 0.37 | 18.33 | 9.17 | 2.4 | 0.10 | |
60 | 0.85 | 0.55 | 0.32 | 19.41 | 9.71 | 2.4 | 0.08 | |
100 | 0.9 | 0.55 | 0.31 | 30.56 | 15.28 | 2.4 | 0.05 | |
100 | 1.25 | 0.55 | 0.22 | 22.00 | 11.00 | 2.4 | 0.05 | |
色差校正 | 物镜倍率β | NA | 波长λ(um) |
物方分辨率(um) (0.5λ/NA) |
像方分辨率(um) (0.5λ/NA)*β |
像元最大值(um) 0.5*[(0.5λ/NA)*β] |
像元大小α(um) 假设值 |
对应物方分辨率(um) 2*α/β |
APO | 1 | 0.03 | 0.55 | 9.17 | 9.17 | 4.58 | 2.4 | 4.80 |
2 | 0.08 | 0.55 | 3.44 | 6.88 | 3.44 | 2.4 | 2.40 | |
2.5 | 0.07 | 0.55 | 3.93 | 9.82 | 4.91 | 2.4 | 1.92 | |
4 | 0.16 | 0.55 | 1.72 | 6.88 | 3.44 | 2.4 | 1.20 | |
5 | 0.16 | 0.55 | 1.72 | 8.59 | 4.30 | 2.4 | 0.96 | |
10 | 0.32 | 0.55 | 0.86 | 8.59 | 4.30 | 2.4 | 0.48 | |
20 | 0.65 | 0.55 | 0.42 | 8.46 | 4.23 | 2.4 | 0.24 | |
40 | 0.8 | 0.55 | 0.34 | 13.75 | 6.88 | 2.4 | 0.12 | |
50 | 0.8 | 0.55 | 0.34 | 17.19 | 8.59 | 2.4 | 0.10 | |
60 | 0.9 | 0.55 | 0.31 | 18.33 | 9.17 | 2.4 | 0.08 | |
100 | 0.9 | 0.55 | 0.31 | 30.56 | 15.28 | 2.4 | 0.05 | |
100 | 1.3 | 0.55 | 0.21 | 21.15 | 10.58 | 2.4 | 0.05 |