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[雷竞技下载找ray666点vip基础知识&概念] 相机像素尺寸（像元大小）和成像系统分辨率之间的关系

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发表于 2018-7-20 16:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

在显微成像系统中，常常会用分辨率来评价其成像能力的好坏。这里的分辨率通常是指雷竞技下载找ray666点vip系统的极限分辨率以及成像探测器的图像分辨率。最终图像所呈现出的实际分辨率，取决于二者的综合影响。过高的雷竞技下载找ray666点vip分辨率如果没有足够精细的图像分辨率来体现，则实际分辨率会降低到图像分辨率以下；如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构。所以在选择相机的时候，我们也不妨根据自己这套系统需要达到的分辨力来综合考虑一下

1. 雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率

雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率，是指“物”在经过雷竞技下载找ray666点vip系统后的“像”在细节上能被分辨的最小距离。一般我们会用雷竞技下载找ray666点vip系统所能分辨的两个像点的最小距离来表示，大于这个距离的两个像点就能被识别为两个点，而小于这个距离的两个点经过光系统后就会被识别为一个点。而对于黑白图样（荧光样品其实也是一种黑白图样）来说，这个分辨能力也可以用单位距离里内能够分辨的黑白线对数来表示，间隔越宽的黑白条纹越容易分别（想象一下细胞的Lamellipodia和Filopodia的差别）。

存在这个分辨率的原因是因为雷竞技下载找ray666点vip系统的衍射和相差导致从“物”到“像“的过程中会发生”失真“。这种失真是空间上高频信号丢失所导致的（雷竞技下载找ray666点vip系统可以看作是一个空间上的低通滤波器，只能允许一定带宽范围内的空间频率信号通过），通俗的理解就是削弱了由”黑“到”白“过渡的锐度和对比度，使其变得平滑和模糊。下图所示，黑白条纹的真实灰度可以用一个方波信号表示。在经过雷竞技下载找ray666点vip系统之后，如图像 A 和下方波形所示，原始信号被“平滑”，方波的每一个峰都展宽成一个贝塞尔峰，黑白相交处的信号变化斜率下降到一个固定水平（这个斜率的下降就是以该系统带宽所做的滤波效果）。当我们将原始条纹变的密集（增加空间频率），该系统仍以固定带宽进行滤波，这样这些被展宽的峰就会互相交叠，损失重叠部分的对比度从而产生图像B的效果。如果我们换一个带宽更宽的系统 2，其信号的高频部分会被更好的保留，表现为黑白交界处的信号变化斜率更大，对比度也越接近真实情况，如图像 B'。

回归到我们熟悉的生物荧光成像，上述分辨率的概念通过瑞利判据与样品的发射光波长和雷竞技下载找ray666点vip系统的数值孔径相联系起来。即在传统宽场荧光下，雷竞技下载找ray666点vip系统的极限分辨率 d = 0.6λ/NA，波长越短，NA值越大，分辨率越高（可以理解为对空间高频信号的保留越充分）。

2. 相机的图像分辨率

说完了雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率之后我们来看看相机的图像分辨率。图像分辨率比较好理解，就是单位距离内的像用多少个像素来显示。以我们的ORCA-Flash4.0为例，芯片的像元大小为 6.5 μm，在 40X物镜的放大倍率下，1 μm的物经雷竞技下载找ray666点vip系统放大为 40 μm的像，这样的像会由 40/6.5 = 6.15 个像素来显示，所以图像分辨率为 6.15 pixel/μm。反推回实际物体，则图像中的一个像素点表示的实际距离为 1/6.15 = 162 nm （其实就是像元尺寸/放大倍数）。根据这个原理，我们可以得出像元尺寸越小，其图像分辨率越高。

3. 相机采样与雷竞技下载找ray666点vip分辨率的匹配关系

那么要使整个系统达到雷竞技下载找ray666点vip上的极限分辨率，我们要如何选择成像系统使其图像分辨率相匹配呢？这里还需要借助上图中黑白条纹的例子。图中不管是图像 A,B还是 B‘，其图像在x方向上的灰度都可以用图像下方的波形图来展示。相机的芯片则会在该方向上以像元尺寸为单位距离均匀对曲线作积分，得到每个像素的数值。这个过程就是对一个连续信号的离散采样。因为芯片上的像素以固定的距离排列，所以这个采样在空间上的采样周期 l 对应的就是像元尺寸（更准确的说是两像素中心点的间距，因为需要考虑芯片的填充因子），其频率就是单位距离内像素点的个数。上述黑白条纹图样的空间频率就是白色/黑色条纹重复出现的频率，而其条纹间距就是他们在空间上的周期 d。频率越高，这个周期 d 就越短。根据Nyquist采样定理（可参考：https://www.zhihu.com/question/24490634），我们需要以连续信号最高频率的2倍作为离散采样的频率，才能刚好还原连续信号的特征。因此我们所需要的芯片采样周期 l，就应该小于等于条纹间距 d 的一半。同样类推到相距很近的两个物点也是如此。如此这样一来我们就能够将雷竞技下载找ray666点vip极限分辨率和像元尺寸联系在一起了。对于生物成像系统，雷竞技下载找ray666点vip上的极限分辨率就是荧光信号变化的最大频率所对应的空间周期 d = 0.6λ/NA，因此像元尺寸 l = d × 放大倍数/2 (注意物点在经过物镜放大后的像点的距离是d × 放大倍数)。

原则上来说，实际选用的像元大小应小于理想像元大小，像元越小对细节的解析越好（但是小于理想值的1/2以后就无显著性改善了）。但是从图像信噪比的角度来说，像元越大，能够得到更高的信噪比 (当然了，通过Binning可以使小像元也具备大像元一样好的信噪比)。所以在选择成像系统时要充分考虑实际情况来进行多种条件的平衡与取舍。

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发表于 2018-7-21 21:23 | 显示全部楼层

有个小疑问：
“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应该怎么理解。
在雷竞技下载找ray666点vip分辨率一定的情况下，提高相机的解析能力，反而会降低整体的分辨率？
还是说相机的解析能力达到一定程度，整体的分辨率就无法继续提高了？

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楼主| 发表于 2018-7-21 22:16 | 显示全部楼层

五指书生发表于 2018-7-21 21:23
有个小疑问：
“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应 ...

我也比较外行，这里说下我的理解，借用文中的话“雷竞技下载找ray666点vip系统可以看作是一个空间上的低通滤波器，只能允许一定带宽范围内的空间频率信号通过），通俗的理解就是削弱了由”黑“到”白“过渡的锐度和对比度，使其变得平滑和模糊。”高频部分的信号已经失真的，也就是到达相机之前的信息已经有所失真了，相机解析能力再高也就显现不出来了。

雷竞技下载找ray666点vip分辨率一定，有一个跟雷竞技下载找ray666点vip分辨率对应的最佳相机分辨率，一般选型时，稍微小于这个即可。相机的分辨率一般来说是像元越小，分辨率就高，但像元一味减小，也并不是就好，小像元的图像信噪比不如大象元。

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发表于 2018-7-25 20:14 | 显示全部楼层

五指书生发表于 2018-7-21 21:23
有个小疑问：
“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应 ...

雷竞技下载找ray666点vip系统是相机的前端采集系统，如果雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，即雷竞技下载找ray666点vip系统提供给相机图像分辨率就比较低，相机的分辨率再高，也不能提高原始图像（雷竞技下载找ray666点vip系统）的分辨率。
这是我的理解。

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发表于 2018-8-6 10:22 | 显示全部楼层

有些不明白的地方，假设是二维数据。X方向是空间的方向，这个比较明确，但是Y方向表示什么？
按照图中显示的应该是光通量。但是按照图三中的表明这不就是高通了吗？
这里的低通高通不应该是对于频率来讲的吗。那样的话图三中的那条虚线又是什么意思呢？

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发表于 2018-8-6 11:19 | 显示全部楼层

五指书生发表于 2018-7-21 21:23
有个小疑问：
“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应 ...

引用原文：根据Nyquist采样定理。我们需要以连续信号最高频率的2倍作为离散采样的频率，才能刚好还原连续信号的特征。即芯片采样周期 l，就应该小于等于条纹间距 d 的一半。同样类推到相距很近的两个物点也是如此。也就是说像元尺寸（更准确的说是两像素中心点的间距，因为需要考虑芯片的填充因子）应该小于等于条纹间距 d 的一半。而条纹间距完全是有雷竞技下载找ray666点vip系统决定的。

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bengua8

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发表于 2018-8-10 16:39 | 显示全部楼层

五指书生发表于 2018-7-21 21:23
有个小疑问：
“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应 ...

我觉得是第二种已经是仪器极限无法再提高了个人看法

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2018-12-6 16:40

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发表于 2018-12-2 16:24 | 显示全部楼层

五指书生发表于 2018-7-21 21:23
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“如果相机解析能力过高但雷竞技下载找ray666点vip系统的分辨率低，同样也看不清物体的精细结构”。不知这句话应 ...

我的理解是，你眼睛视力再好，给你眼镜片换成毛玻璃，你也看不清外面是什么景色。

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zxjoe167

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发表于 2019-7-29 15:53 | 显示全部楼层

请问楼主，镜头的弥散斑尺寸跟CMOS像素大小应该是怎样的关系，才能表明是适配的

看到夏普发布的8K相机，其传感器像素数是33M，但是其搭配的镜头是Olympus M.Zuiko Digital ED 40-150mm F4.0-5.6 R镜头

查到这款镜头的MTF曲线，想问下这款镜头跟夏普的CMOS是否适配？