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空間采樣率對(duì)數(shù)碼顯微鏡圖像分辨率的影響-華普通用

發(fā)表日期:2020/04/20 瀏覽次數(shù):

數(shù)碼顯微鏡是在傳統(tǒng)顯微鏡上增加了數(shù)字圖像傳感器CCD或CMOS的顯微鏡,與計(jì)算機(jī)、圖像處理、自動(dòng)化、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)相結(jié)合,可衍生出多種產(chǎn)品和應(yīng)用,如自動(dòng)顯微鏡、數(shù)碼互動(dòng)顯微鏡、數(shù)字切片掃描儀等,能給用戶帶來(lái)極大的便利,在教學(xué)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。

作為傳感器,人眼和數(shù)字圖像傳感器CCD/CMOS主要有兩方面的不同:一是數(shù)字圖像傳感器是由很多離散的感光器件組成,用其作為傳感器接收顯微圖像,實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字化過(guò)程(也稱為空間采樣)需要滿足采樣定理即奈奎斯特定理,這樣圖像才能準(zhǔn)確重建;二是數(shù)字圖像傳感器的響應(yīng)波長(zhǎng)與人眼不一樣,所以會(huì)受光源光譜特性的影響。本文從空間采樣率和光源這兩方面來(lái)分析對(duì)數(shù)碼顯微圖像分辨率的影響。

空間采樣率對(duì)數(shù)碼顯微鏡圖像分辨率的影響

奈奎斯特采樣定理是指將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)時(shí),要求采樣頻率fs要大于模擬信號(hào)中最高頻率fmax的2倍,即fs>fmax才可以通過(guò)采樣之后的數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確地重建出模擬信號(hào)。對(duì)于顯微圖像的數(shù)字化,其最高頻率就是由物鏡的極限分辨率決定的,采樣頻率也稱為空間采樣率,一般實(shí)際應(yīng)用時(shí)要求空間采樣率為物鏡的極限分辨率的2.8倍左右。

顯微鏡的極限分辨率r是由物鏡的數(shù)值孔徑NA和波長(zhǎng)λ決定的,滿足式①                    1.png

因此波長(zhǎng)越短,顯微鏡的極限分辨率越高。

空間采樣率s的計(jì)算式②為

2.png

式中p為數(shù)字圖像傳感器像素的邊長(zhǎng);β1為顯微物鏡的放大倍率;β2為攝像鏡頭的放大倍率。

因此改變攝像鏡頭的放大倍率,可以改變空間采樣率。選用一組不同放大倍率的攝像鏡頭實(shí)現(xiàn)不同的空間采樣率,以研究空間采樣率對(duì)數(shù)碼圖像分辨率的影響。具體實(shí)驗(yàn)條件如下:

顯微鏡:BA310顯微鏡。

光源:白光LED和鹵素?zé)簦苫Q),帶有550/20nm的干涉濾色片。

顯微物鏡:根據(jù)式①,其極限分辨率為0.45μm。

攝像頭:CM3-U3-50S5M黑白攝像頭,像素邊長(zhǎng)為3.45μm。

觀察標(biāo)本:采用USAF1951鑒別率板(如圖1)所示,40×/0.75顯微物鏡可觀察的極限線對(duì)數(shù)為2048(11-1組)。


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