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显微镜专栏

CCD相机分辨率与光学分辨率,求系统分辨率极限

时间:2021/5/22 16:57:51   作者:郑士利   来源:正势利   阅读:29   评论:0
内容摘要:引用两篇文章:关于CCD(数码相机)分辨率与显微镜分辨率关系问题光学分辨率+相机分辨率+人眼分辨率=分辨能力关系知识点: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2...

引用两篇文章:

关于CCD(数码相机)分辨率与显微镜分辨率关系问题

光学分辨率+相机分辨率+人眼分辨率=分辨能力关系


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












 




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