在顯微成像系統中，常常會用解析度來評價其成像能力的好壞。這裡的解析度通常是指光學系統的極限解析度以及成像探測器的影象解析度。最終影象所呈現出的實際解析度，取決於二者的綜合影響。過高的光學解析度如果沒有足夠精細的影象解析度來體現，則實際解析度會降低到影象解析度以下；如果相機解析能力過高但光學系統的解析度低，同樣也看不清物體的精細結構。所以在選擇相機的時候，我們也不妨根據自己這套系統需要達到的解析度來綜合考慮一下（實操性的結論部分請直接移動到文章最下方）。
1. 光學系統的解析度
光學系統的解析度，是指「物」在經過光學系統後的「像」在細節上能被分辨的最小距離。一般我們會用光學系統所能分辨的兩個像點的最小距離來表示，大於這個距離的兩個像點就能被識別為兩個點，而小於這個距離的兩個點經過光系統後就會被識別為乙個點。而對於黑白圖樣（螢光樣品其實也是一種黑白圖樣）來說，這個分辨能力也可以用單位距離裡內能夠分辨的黑白線對數來表示，間隔越寬的黑白條紋越容易分別（想象一下細胞的lamellipodia和filopodia的差別）。
圖一 從"物"到"像"的失真
存在這個解析度的原因是因為光學系統的衍射和像差導致從「物」到「像」的過程中會發生「失真」。這種失真是空間上高頻訊號丟失所導致的（光學系統可以看作是乙個空間上的低通濾波器，只能允許一定頻寬範圍內的空間頻率訊號通過），通俗的理解就是削弱了由「黑」到「白」過渡的銳度和對比度，使其變得平滑和模糊。下圖所示，黑白條紋的真實灰度可以用乙個方波訊號表示。在經過光學系統之後，如影象 a 和下方波形所示，原始訊號被「平滑」，方波的每乙個峰都展寬成乙個貝塞爾峰，黑白相交處的訊號變化斜率下降到乙個固定水平（這個斜率的下降就是以該系統頻寬所做的濾波效果）。當我們將原始條紋變的密集（增加空間頻率），該系統仍以固定頻寬進行濾波，這樣這些被展寬的峰就會互相交疊，損失重疊部分的對比度從而產生影象b的效果。如果我們換乙個頻寬更寬的系統 2，其訊號的高頻部分會被更好的保留，表現為黑白交界處的訊號變化斜率更大，對比度也越接近真實情況，如影象 b'。
回歸到我們熟悉的生物螢光成像，上述解析度的概念通過瑞利判據與樣品的發射光波長和光學系統的數值孔徑相聯絡起來。即在傳統寬場螢光下，光學系統的極限解析度 d = 0.6λ/na，波長越短，na值越大，解析度越高（可以理解為對空間高頻訊號的保留越充分）。
2. 相機的影象解析度
說完了光學系統的解析度之後我們來看看相機的影象解析度。影象解析度比較好理解，就是單位距離內的像用多少個畫素來顯示。以我們的orca-flash4.0為例，晶元的像元大小為 6.5 μm，在 40x物鏡的放大倍率下，1 μm的物經光學系統放大為 40 μm的像，這樣的像會由 40/6.5 = 6.15 個畫素來顯示，所以影象解析度為 6.15 pixel/μm。反推回實際物體，則影象中的乙個畫素點表示的實際距離為 1/6.15 = 162 nm （其實就是像元尺寸/放大倍數）。根據這個原理，我們可以得出像元尺寸越小，其影象解析度越高。
3. 相機取樣與光學解析度的匹配關係
那麼要使整個系統達到光學上的極限解析度，我們要如何選擇成像系統使其影象解析度相匹配呢？ 這裡還需要借助上圖中黑白條紋的例子。圖中不管是影象 a,b還是 b『，其影象在x方向上的灰度都可以用影象下方的波形圖來展示。相機的晶元則會在該方向上以像元尺寸為單位距離均勻對曲線作積分，得到每個畫素的數值。這個過程就是對乙個連續訊號的離散取樣。因為晶元上的畫素以固定的距離排列，所以這個取樣在空間上的取樣週期 l 對應的就是像元尺寸（更準確的說是兩畫素中心點的間距，因為需要考慮晶元的填充因子），其頻率就是單位距離內畫素點的個數。上述黑白條紋圖樣的空間頻率就是白色/黑色條紋重複出現的頻率，而其條紋間距就是他們在空間上的週期 d。頻率越高，這個週期 d 就越短。根據nyquist取樣定理（可參考：我們需要以連續訊號最高頻率的2倍作為離散取樣的頻率，才能剛好還原連續訊號的特徵。因此我們所需要的晶元取樣週期 l，就應該小於等於條紋間距 d 的一半。同樣類推到相距很近的兩個物點也是如此。如此這樣一來我們就能夠將光學極限解析度和像元尺寸聯絡在一起了。對於生物成像系統，光學上的極限解析度就是螢光訊號變化的最大頻率所對應的空間週期 d = 0.6λ/na，因此像元尺寸 l = d × 放大倍數/2 (注意物點在經過物鏡放大後的像點的距離是d × 放大倍數)。
圖三 "像"的空間頻率和相機的取樣頻率
1. 已有顯微鏡和相機，希望知道當前成像系統的解析度究竟是多少
我們可以用木桶理論來考慮這個問題。光學系統的解析度（光學解析度）和相機的影象解析度是整個成像系統解析度這個「木桶」上的兩塊「木板」；成像系統的解析度等於這兩塊「木板」上比較差的那個。
對於顯微鏡：
光學解析度=0.61*λ/na。
其中λ為波長（對於螢光顯微鏡，就是螢光探針的發射波長）；na為物鏡的數值孔徑（可以在物鏡上找到）。
相機的影象解析度=2*像元大小/放大倍數
舉乙個具體的例子：一台螢光顯微鏡，採用na1.4的63倍油鏡，光路中沒有其他放大；觀察509nm的綠色螢光樣品。
(1) 採用濱松flash 4.0相機，像元大小為6.5um。其光學解析度為：
光學解析度 = 0.61*509nm/1.4 = 222nm
其相機的影象解析度為：
相機的影象解析度 = 2*6.5um/63 = 206nm
比較二者，光學解析度較差（即數值較大），所以整個系統的解析度是受限於光學解析度的，為222nm。
(2) 如果採用的是一款11um的相機。其光學解析度不變，仍為：
光學解析度 = 0.61*509nm/1.4 = 222nm
但其相機的影象解析度為：
相機的影象解析度 = 2*6.5um/63 = 349nm
比較二者，相機的影象解析度較差（即數值較大），所以整個系統的解析度是受限於相機畫素大小的，為349nm。
2. 已有顯微鏡，希望知道從成像解析度的角度如何選擇相機
首先強調，以下建議僅僅是從成像解析度的角度。在選擇相機時，訊雜比常常是更加關鍵的考量。
我們以gfp的發射波長 λ = 509 nm為例，在使用不同放大倍率的常用顯微鏡物鏡時，其光學極限解析度和對應的相機晶元像元尺寸匹配如下表：
原則上來說，實際選用的像元大小應小於理想像元大小，像元越小對細節的解析越好（但是小於理想值的1/2以後就無顯著性改善了）。
但是從影象訊雜比的角度來說，像元越大能夠得到更高的訊雜比。不同相機除了在像元大小上有所差別，在靈敏度、噪音等方面也是不盡相同。所以在選擇成像系統時要充分考慮實際情況來進行多種條件的平衡與取捨。
匹配物鏡放大倍數與相機像元尺寸
通常來說，相機內部的ccd或者cmos感測器上都有感光陣列，由乙個乙個的感光元件構成，每乙個感光元件負責完成光電轉換的過程。簡單理解，乙個感光元件可以認為就是乙個畫素 pixel 或像元 pel 像元具有一定尺寸，如果像的尺寸大於像元的尺寸，那麼乙個像元就無法表示整個像，因此乙個像元的尺寸和物鏡的放...
相機尺寸與景深
標題的另一種說法是，拿到乙個待光學檢測的產品後，應該如何選相機和鏡頭？其最重要的考量因素有哪些呢？首先要考量的就是將影象拍清晰，即畫素尺寸要足夠的小。畫素尺寸是指乙個畫素所佔的實際物理範圍。比如說，乙個5um 5um的矩形，如果畫素尺寸為5um 5um，該矩形在影象中乙個點。如果畫素尺寸為1um 1...
22 畫素解析度像元的計算及含義
相機內部引數獲取 攝像機內部引數採用pho tomodeler 近景攝影測量標定軟體獲取。內參包括 主距f 面陣寬度fw 高度fh 影象主點位置 x y 單位 mm 以及徑向畸變係數k1 k2 面陣寬度即感測器的寬度 面陣高度即為感測器的高度 影象主點即為感測器中心點的位置 相機外部引數獲取 相機解...