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尼康显微镜成像的空间分辨率

2014-04-05  发布者:admin 

 在数字图像而言,空间分辨率指的是在构造该图像的使用的像素的数目。 具有更高的空间分辨率的图像是由具有比低空间分辨率的较大数量的像素。

这种互动式教学探讨变化中的数字图像的空间分辨率,并且这些值是如何影响图像的最终外观。 本教程初始化与成像题为光学影像显微镜出现在左侧窗口中随机抽取样本。 相邻的光学图像窗口是空间分辨率的窗口,在不同的分辨率是可调的像素尺寸滑块显示拍摄的图像。 操作教程,从选择A试片下拉菜单中选择一个图像,而有所不同的像素尺寸(和空间分辨率)的像素尺寸滑块。 在图像的水平和垂直轴使用的像素的数目被直接呈现在滑块的下方,为的是在整个图像组合物中使用的像素的总数。

数字图像的空间分辨率是关联到图像和用于捕捉图像的显微镜光学分辨率空间密度 。包含在每个像素之间的数字图像和距离的像素的数目被称为采样间隔 ,这是数字化设备的精度的函数。 光学分辨率的显微镜的解决存在于原始样品中的细节的能力的度量,并且是关系到光学传感器和电子除了空间密度(像素的数字图像的数量)的质量。 在情况下的显微镜的光学分辨率优于空间密度,然后将得到的数字图像的空间分辨率仅受空间密度的限制。

包含在数字图像中的所有细节,从非常粗到极其精细,是由亮度转换,不同层次光明与黑暗之间的循环。 亮度转换之间的循环速率是已知的作为图像的空间频率 ,以对应于较高的空间频率更高的速率。 亮度在通过显微镜观察标本不同水平是常见的,与背景通常包括一个均匀的强度和样品表现出的亮度水平的光谱。 的地区,该强度是相对恒定的(如背景),空间频率仅略有变化横跨视场。 另外,许多标本的细节往往表现出光明与黑暗与强度的之间的广色域的极端。

每个像素的数字图像中的数值表示平均超过采样间隔的光学图象的强度。 因此,背景强度将包括像素的相对均匀的混合物,而试样通常会包含像素值范围从非常暗到非常亮。 一种数字照相机系统的准确捕捉所有这些细节的能力取决于采样间隔。 看到的,比数字采样间隔小(具有较高的空间频率)的显微镜功能将不会在数字图像准确地表示。 奈奎斯特准则规定的采样间隔等于最高样本空间频率的两倍,以精确地保持空间分辨率在所得到的数字图像。 等效的措施是香农的抽样定理 ,其中指出,在数字化设备必须使用一个采样间隔不大于所述光学图像的最小可分辨特征的二分之一的尺寸更大。 因此,捕捉细节的最小程度存在于一个样本,采样必须发生的速率足够快,以使得至少两个样本被收集的每个特征,保证空间周期的光亮和黑暗的部分由聚集成像装置。

如果发生的速度比通过任一奈奎斯特准则或香农定理需要较慢的试样的取样,具有高空间频率的信息将不会被精确地表示在最后的数字图像。 在光学显微镜下,对光学图像的分辨率的阿贝极限是0.22微米,这意味着一个数字转换器必须能够取样在对应于试样空间到0.11微米或更小的间隔。 该样品试样,每行扫描线512分将产生鉴于约56微米(512×0.11微米),最大水平领域的数字化仪。 如果过少的像素被用于获得样本,则所有的包含在试样中的空间细节将不存在于最终的图像。 相反,如果过多的像素是由所述成像装置(通常为过量的光学倍率的结果)聚集,不需要额外的空间信息被得到,并且该图像被认为是已被过采样 。 额外的像素不理论上向空间分辨率,但往往可以帮助改善从数字图像拍摄功能的测量的准确度。 为了确保有足够的采样高分辨率成像,2.5〜3个样品的最小可分辨特征的间隔建议。

大多数数码相机连接到现代显微镜有一个固定的最大采样间隔,不能调整,以符合试样的空间频率。 选择的摄像机和数字化仪的组合,能够满足显微镜放大倍数和标本特征的最小空间分辨率的要求是很重要的。 如果采样间隔超过所必需的特定样品,所得到的数字图像将包含更多的数据比是必要的,但没有空间信息将会丢失。

在该教程中,作为像素尺寸滑块被移动到右侧时,数字图像的空间频率被线性地降低。 空间频率使用范围为175 X 175像素(30,625总像素)下降到6×6像素(36总像素)到频域范围内提供可能的解决方案具有广泛的自由度。 当滑块被移动到右侧(减少像素的数字图像的数量),试样细节进行采样,在越来越低的空间频率和图象细节被丢失。 在最低空间频率, 象素发生阻塞 (通常被称为像素化 )和口罩大部分的图像特征。