显微镜的镜头分为几种(显微镜之宽场显微镜最甜CP)

Posted

篇首语:男人无志,钝铁无钢,女人无志,乱草无秧。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了显微镜的镜头分为几种(显微镜之宽场显微镜最甜CP)相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

显微镜的镜头分为几种(显微镜之宽场显微镜最甜CP)

双十一刚过,肯定有不少小伙伴剁手了吧。双十一不只是电商的购物狂欢节,还是令人心痛的单身日。小编作为单身狗着实羡慕那甜美的爱情。所以我只能化悲愤为力量全身心的投入到工作中去。作为仪器工作者本以为显微镜就是我最好的伙伴,后来发现我还是太年轻了,在这个讲究CP感的时代里,我着实被宽场显微镜里最甜的CP秀了满满一脸。

作为报复的手段,我要把他们的故事讲给大家听,宽场显微镜最甜CP-景深扩展与反卷积,接下来我就好好扒一扒它们的前世今生。

首先有请我们的男主角闪亮登场。景深扩展又称Z-Stacking,在说他的故事前,我们需要明白什么是景深。当镜头对着处于焦面物体拍摄时,被拍摄物体与其前后的景物有一段清晰的范围,这个范围我们将其称为“景深”。为了让大家更好的理解,我在这里给大家举个例子。

图源:网络,侵删

就像图中一样,我们在观察与拍照过程中,有时仅可以看清楚花瓣,有时花瓣根茎叶都可以看清楚,这就是因为景深大小不同所致,大景深看清的物体多如左图,小景深看清的物体少如右图,那为什会产生这样的区别呢?

一个镜头只有一个焦平面。处于焦平面上的物体经过物镜会在目镜或相机芯片上形成一个点,非焦平面上的点会形成一个模糊圆,这个圆术语叫做弥散圆(circle of confusion),怎么去理解这段话呢?

如图所示,黑色线条为焦平面,焦平面上的点经过物镜,在相机芯片或视网膜上形成一个小圆点,两条绿色的线分别是非焦平面,非焦平面点经过目镜会形成一个圆圈,这个圆圈就是弥散圆(circle of confusion)。如果我们远离这张图片,那会发生什么呢?我们中间的这个小点就看不到了,上下的两个圆斑会越来越小,一直小到和这个点一样大的时候,我们这时候就认为它不是斑,而是点了。如果弥散圆小到人眼或芯片无法鉴别看起来就是一个点,那这个弥散圆称为容许弥散圆,可产生容许弥散圆的平面之间的距离称为景深。

我们再简单一点,显微镜的景深就是当前镜头,可以看清楚样品的厚度。对于观察者来说,同视野下能看清楚样品的厚度越厚越好,越厚就证明镜头的景深越大。在显微观察中是否可以无限制追求大景深呢?答案是否定的。因为景深与物镜的NA值负相关,而NA值与物镜的分辨率及放大倍数正相关。关系如下图所示:

图源:网络,侵删

如何在高倍镜下获得大景深的图像呢?这就轮到我们的男主出场了—景深扩展。

在宽场显微镜中,增大显微图像景深的通常做法是对样品进行不同厚度位置的扫描,并采集程序列图像,以一定的规则进行融合,通过计算重建一幅大景深图像。

目前显微镜实现景深扩展的基础是什么?

硬件基础:显微镜景深扩展分为手动景深扩展与自动景深扩展。对应的硬件基础分别为手动准焦螺旋(手动Z轴)与电动准焦螺旋(电动Z轴)。

软件基础:Z轴控制与图像处理。

如果想把我们男主角的魅力发挥到极致,电动Z轴必不可少。因为与手动景深扩展相比电动的优势有:1、一致性更高 2、步进精度更高 3、可重复性更好 4、操作更为简便。

从上文的介绍中大家明白了景深扩展优化了显微镜在竖直方向的成像效果,那与他在一起的反卷积的功能也就呼之欲出了:优化宽场显微镜水平方向的成像效果。

接下来有请我们的女主角登场,同样的,在讲她的故事之前,我们要明白宽场显微镜存在分辨率的极限。

图源:网络,侵删

从分辨率的公式中可以看出分辨率与NA值正相关。还记得上文中提到的景深与其负相关吗?所以说从家庭背景的角度上景深扩展与反卷积就开始彼此纠缠了。书归正文,通过分辨率公式我们可以得出分辨率的极限是200nm,为了纪念公式的提出者—德国的光学物理学家恩斯特阿贝,人们把这个极限值称为阿贝极限。人们为了突破分辨率极限诞生了以共聚焦显微镜为代表的超高分辨率显微镜。它们通过改变照明结构来突破宽场显微镜的分辨率极限,以获取更加清晰的观察结果。

今天我们讨论的是宽场显微中的最甜CP,共聚焦显微镜改变了光路结构不在今天的讨论范围内。那除了硬件改变来提高分辨率,可不可以不改变宽场显微镜的光路结构,通过软件来实现分辨率的突破呢?答案是有的,那就是我们的女主角反卷积。

图源:网络,侵删

我们先看上面的图,如图所示理想的镜头成像时,一个对焦平面上的物点会投影为一个像点,但事实上理想的镜头是不存在的,镜头总是存在一些缺陷会导致一个物点会投影为很多点,一个点经过镜头后成的像由点扩散函数PSF(Point Spread Function)来描述。是不是听起来有些懵?简单给大家做个比喻,有美女或帅哥站在你的面前,理论上你可以清楚地看到他的容貌,但实际过程中你和美女帅哥之间多了一块毛玻璃,这块毛玻璃就是扩散函数,那能不能把这块毛玻璃打碎呢?可以的,这就需要用我们的女主角反卷积了。

图源:网络,侵删

如图所示,我们会有一个很自然的想法就是,如果我们有实际镜头的成像,另外还知道了镜头的PSF,即我们知道了上式的b和c,是否可以得到更加理想的成像x呢?这个过程称为去卷积Deconvolution。

经过上面的介绍,相信大家就会明白为什么我会把景深扩展与反卷积称为宽场显微镜最甜CP了吧。男主角景深扩展充满活力地在Z轴方向上下翻飞,优化显微镜竖直方向的成像效果。女主角反卷积稳重包容在水平方向突破自我。这里我还要提一点特别重要的,很多小伙伴认为反卷积作为一种算法没有硬件的改变是不是随意搭配任何机型都可以实现。其实不然,每一个公司的每一个型号上的每一颗物镜都只有唯一的反卷积公式。

最后总结一下,想必大家应该明白我为什么去写这篇文章了。在显微观察过程中存在很多不同的功能,我选择跟成像质量最相关的功能拿出来跟大家说一下,就是希望小伙伴们在学习与工作中更好的去使用显微镜。

口说无凭眼见为真嘛,大家可以用自己实验室的显微镜试一下这对CP的魅力,这两个功能虽然在市面上很常见,但是能集二者与一身的显微镜并不多,怎么解决呢?欢迎大家来试用我们的ECHO显微镜吧。

Revolve Generation 2正倒置荧光显微镜

Revolution正倒置一体智能显微成像系统微成像系统

相关参考

显微镜分为哪几种(【预约试拍】超高分辨显微镜在神经科学中的应用(一))

...技术在我们理解神经系统中起着关键作用。各种超分辨率显微镜方法和专用荧光探针的出现使得能够以迄今为止无与伦比的分辨率直接洞察细胞亚区

显微镜的物镜有哪三种(如何选择一台适合自己的显微镜——显微镜的种类选择)

...细胞养好,科研项目进展顺利,老师能给买台心仪已久的显微镜;你想知道选择什么种类的显微镜,正置还是倒置,宽场显微镜、超高分辨率显微镜、激光共焦显微镜等等,小本本备好,我们开始了。1不同成像原理,不同分辨...

明场和荧光的区别(如何选择一台适合自己的显微镜——光学部件的选择(上))

上一篇给各位小伙伴们介绍了显微镜的种类,包括正置/倒置、宽场显微镜、超高分辨率显微镜、激光共焦显微镜等等,不知道大家有没有认真听讲。今天给大家带来的是显微镜光学部件的介绍。◇首先通过一个简图来看一下今...

显微镜光源(机器视觉中“镜头”和“光源”小知识)

镜头篇镜头的基本功能就是实现光束变换(调制),在机器视觉系统中,镜头的主要作用是将成像目标在图像传感器的光敏面上。镜头的质量直影响到机器视觉系统的整体性能,合理地选择和安装镜头,是机器视觉系统设计的重...

物体与照相机镜头的距离(光学显微镜基本知识)

光学显微镜在过去半个多世纪以来一直是生命科学和材料科学的标准工具。为了经济有效地使用此工具,它对了解光学的基础知识尤其有帮助,尤其是对于每个显微镜的组成部分而言。镜片和镜子诸如显微镜,望远镜和双筒望远...

物体与照相机镜头的距离(光学显微镜基本知识)

光学显微镜在过去半个多世纪以来一直是生命科学和材料科学的标准工具。为了经济有效地使用此工具,它对了解光学的基础知识尤其有帮助,尤其是对于每个显微镜的组成部分而言。镜片和镜子诸如显微镜,望远镜和双筒望远...

徕卡镜头景深尺怎么看(用徕卡显微镜,再小的细节也能被轻松检测到)

光学显微系统的大咖“徕卡显微镜”,于19世纪兴起于德国维兹拉(Wetzlar),成为德国著名的光学制造企业,徕卡显微镜具有160年生产历史,注重产品研发和最新技术应用,一贯保证产品质量,成为显微成像系统行业的全球领导厂...

显微镜镜头的型号种类(好物推荐官好物推荐,贴在手机上的显微镜,400倍放大看微观世界)

可贴在手机上的显微镜,400倍放大!随身携带玩转微观世界!能够400倍放大的便携式显微镜,粘在手机上就能用!如果你看过好莱坞大片《蚁人》相信一定也被电影呈现出的宏大“微观世界”所震撼这时候你才会意识到在人肉眼...

显微镜有哪几种(TEM、SEM、冷冻、金相四大电镜制样方法大汇总,必收藏)

引言利用电子显微镜的高分辨本领、高放大倍率等特点来分析研究物体的组织形貌、结构特征的一种近代材料物理试验方法。但是样品制作的好坏直接关系到结果的准确,因而制作出符合要求的样品成为整个实验的关键。下面介...

显微镜要多少倍才能看到微生物(几种常见的微生物基础实验)

百欧博伟生物:本文介绍几种常见的微生物基础试验的目的、原理、内容等,以便刚刚接触微生物的同志们对试验有个基本的认识。实验一常用培养基的制备、灭菌与消毒一、实验目的1、掌握配制培养基的一般方法和步骤;掌握...