讲解

清晰图像的形成方式

显微镜的景深

在显微镜下,景深通常被视为经验参数。实际上,它是由数值孔径,分辨率和放大率之间的相关性决定的。为了获得最佳视觉效果,现代显微镜的调节装置可在景深和分辨率之间实现最佳平衡-理论上这两个参数成反比。

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视觉景深的实用价值

在DIN / ISO标准中,物体侧面的景深定义为"物体平面两侧空间的轴向深度,物体可以在其中移动而图像中的清晰度没有可检测到的损失,同时保持了图像平面和物镜的位置".

但是,该标准没有提供关于如何测量焦点劣化的检测阈值的任何线索。关于可见的景深的第一本出版物的作者是Max Berek,他最早于1927年发表了他的广泛实验的结果。Berek的公式为可视景深提供了实用价值,因此至今仍在使用。其简化形式如下:

T可视化 = n [λ/(2×NA²)+ 340μm/(NA×M可见)]

T可视化: 视觉体验的景深
n: 物体所在介质的折射率。如果物体被移动,则在公式中输入形成变化的工作距离的介质的折射率。
λ:  所用光的波长,对于白光,λ= 0.55μm
不适用: 物体侧面的数值孔径
M可见: 显微镜的总目视放大率

如果在上述方程式中,总的视觉放大倍率被有用的放大倍率关系取代(MTOT 可视化 = 500至1,000 x NA),则可以看出,对于一阶近似值,景深与像素的平方成反比数值孔径。

尤其是在低放大倍率下,可以通过停止,即减小数值孔径,来显着增加景深。通常使用孔径光阑或共轭面上的光阑完成此操作。但是,数值孔径越小,横向分辨率越低。

因此,要根据物体的结构找到分辨率和景深的最佳平衡。凭借其高分辨率的物镜(高NA)和可调节的孔径光阑,现代光学显微镜可实现光学器件与特定样品要求的灵活匹配。在立体显微镜的情况下,通常必须做出一定的折衷以支持更高的景深,因为三维结构的z维经常需要它。

景深更大

可以消除立体显微镜分辨率和景深之间相关性的Leica Microsystems复杂光学方法是FusionOptics™。在此,光路之一为观察者的一只眼睛提供高分辨率和低景深的图像。另一只眼睛通过第二条光路以低分辨率和高景深看到同一物体的图像。

人脑将两个单独的图像组合为一个具有高分辨率和高景深的最佳整体图像。

另一个说明人脑惊人功能的例子是Greenough体视显微镜。此处,左右光路的物平面彼此成微小角度。在整个图像中,整个阴影线区域似乎都聚焦清晰,尽管在左图或右图中都不是这种情况。

数字图像处理中的景深

徕卡应用套件的Multifocus模块(LAS)的开发是为了将自动显微镜的景深扩展多次。可以分别设置照明度,图像亮度和所有其他相机参数,以优化最终图像的质量。

LAS 多焦点模块提供了一种简单的解决方案,通过对显微镜和马达焦点的完全集成控制来捕获实时图像的扩展景深。 z堆栈的自动捕获以及智能图像组合算法可确保轻松拍摄和存储清晰聚焦的图像。

由于采用了自动处理程序,因此几乎不需要用户干预。可以轻松更改设置,以处理各种样本。 Multifocus模块可用于材料科学,法医学以及生物和地球科学领域。