空间采样率对数码显微镜图像分辨率的影响-华普通用

数码显微镜是在传统显微镜上增加了数字图像传感器CCD或CMOS的显微镜，与计算机、图像处理、自动化、互联网等技术相结合，可衍生出多种产品和应用，如自动显微镜、数码互动显微镜、数字切片扫描仪等，能给用户带来极大的便利，在教学、医疗、科研等领域得到广泛的应用。

作为传感器，人眼和数字图像传感器CCD/CMOS主要有两方面的不同：一是数字图像传感器是由很多离散的感光器件组成，用其作为传感器接收显微图像，实际上是一个数字化过程（也称为空间采样）需要满足采样定理即奈奎斯特定理，这样图像才能准确重建；二是数字图像传感器的响应波长与人眼不一样，所以会受光源光谱特性的影响。本文从空间采样率和光源这两方面来分析对数码显微图像分辨率的影响。

空间采样率对数码显微镜图像分辨率的影响

奈奎斯特采样定理是指将模拟信号转化为数字信号时，要求采样频率f_s要大于模拟信号中最高频率f_max的2倍,即f_s＞f_max才可以通过采样之后的数字信号准确地重建出模拟信号。对于显微图像的数字化，其最高频率就是由物镜的极限分辨率决定的，采样频率也称为空间采样率，一般实际应用时要求空间采样率为物镜的极限分辨率的2.8倍左右。

显微镜的极限分辨率r是由物镜的数值孔径NA和波长λ决定的，满足式①                    

因此波长越短，显微镜的极限分辨率越高。

空间采样率s的计算式②为

式中p为数字图像传感器像素的边长；β1为显微物镜的放大倍率；β2为摄像镜头的放大倍率。

因此改变摄像镜头的放大倍率，可以改变空间采样率。选用一组不同放大倍率的摄像镜头实现不同的空间采样率，以研究空间采样率对数码图像分辨率的影响。具体实验条件如下：

显微镜：BA310显微镜。

光源：白光LED和卤素灯（可互换），带有550/20nm的干涉滤色片。

显微物镜：根据式①，其极限分辨率为0.45μm。

摄像头：CM3-U3-50S5M黑白摄像头，像素边长为3.45μm。

观察标本：采用USAF1951鉴别率板（如图1）所示，40×/0.75显微物镜可观察的极限线对数为2048（11-1组）。