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相机选择—光学分辨率和相机分辨率

相机选择—光学分辨率和相机分辨率 锐光凯奇raycage
2023-12-26
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导读:在搭建显微镜的时候,常常会用到的主要器件有:物镜、透镜、光源、相机,相机有很多供选择的型号,如何选择一款合适的相机往往比较困难。这期公众号从相机分辨率这个角度出发,和大家一起讨论如何选择一款合适你自己

在搭建显微镜系统的时候,会用到的主要器件有:物镜、透镜、光源、相机,相机有很多供选择的型号,但如何选择一款合适的相机往往比较困难。这期公众号从相机分辨率这个角度出发,和大家一起看看如何选择一款合适的相机。

首先拿一款普通的显微镜来说,下面是它的光路:

图一

光源经过一组透镜汇聚在物镜的后焦面,经物镜后出射各个角度的平行光,对样本进行多角度照明,样本散射光被物镜收集过后,经过管透镜汇聚,最终成像在CCD上。在这里使用一只尼康20X 0.75NA的物镜并使用与之匹配的管镜,当显微物镜确定后,系统的横向分辨率也就确定了。
关于横向分辨率的定义可以理解为:样本是两个可动的点,这两个点的距离是d,当这两个点之间的距离恰好为不能分辨它们的时候,它们两个的距离d就是我们说的横向分辨率。关于这个恰好,有不同的判据,它们分别是:瑞利判据、阿贝(Abbe)判据、斯派罗(Sparrow)判据,定义如下:

瑞利判据:   

阿贝判据:   

斯派罗判据:   

图二

这里使用瑞利判据,带入中心波长:532nm和物镜的Na0.75,计算得到:

   

理想情况下系统放大倍率为20X,在像面上的距离就为:

   

将相机置于像面接收图像,就是一个将模拟量转换为数字量的过程,过程中应该遵循奈奎斯特(Nyquist)采样定理:当采样频率大于信号中最高频率的2倍时,采样之后的数字信号完整地保留了原始信号中的信息。一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的2.564倍,也就是说在8.66um的范围内我们应该放置2-4个采样点较为合理,这里取3得到单个像素最大应为:

   

选择的这款物镜标注了适配的最大相机靶面为:2/3,所以就应该选择一款靶面小于等于2/3,且单个像素小于等于2.9um的相机。

这里的2/3指的是相机靶面对角线长度为2/3英寸,在相机芯片中一英寸为:16mm2/3靶面的相机其靶面的对角线长度为:

   

在某个相机厂家网站上进行选型,可以看到点开相机选项,有着上千种相机供我们选择:

图三

当将需要的参数(2/3靶面;最大像素2.9um)进行筛选过后,仅剩下33款相机:

图四

除此之外,再根据需求对相机帧率、接口、厂家、曝光等进行限制之后会发现,筛选后符合需求的相机型号就剩余几款,到这就应该能够根据需求选择一款合适自己的相机了。


PS 
1、这是本年度锐光凯奇推送的最后一篇公众号的内容,谢谢广大读者的支持,锐光凯奇真诚的说一句谢谢你们,也提前祝福广大的读者2024年新春快乐!
2、2024年1月有5个周二,按照企业公众号的规则、锐光只能推送4期内容,因此决定2024年1月2号停止推送,1月9号见!


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