我们书接上回（分辨率上），继续讨论科研相机的分辨率。
相机与显微镜的分辨率匹配
在上篇我们最后说到，根据瑞利判据，物镜的分辨率计算公式：
知道物镜的倍数和数值孔径，就可以计算出相应的分辨率，物镜的数值孔径越高，分辨率越好。以480nm波长为例。得到如下表格：
图1. 物镜对应分辨率
这是指样品端的分辨率，是经过了物镜放大的（如下图所示）。以100x/1.4物镜为例，0.21μm的分辨率被放大100倍后，在相机端是21μm。
图2. 物镜放大
根据奈奎斯特采样定律，当像元尺寸大于21μm的一半，即11μm时，相机无法分辨出相距21μm的两个物体；当像元尺寸小于11μm时，可以分辨。如下图所示：
图3. 奈奎斯特采样
那么比11μm更小的像元有没有意义呢？首先，受限于物镜分辨率，更小的像元不能提高整个系统的分辨率；同时我们知道小像元信号少，会降低信噪比，因此11μm是此物镜的最佳匹配尺寸。
把上面的计算应用到其他物镜，可以得到常用物镜与最佳匹配像元尺寸对比表（如下），作为我们的第三个结论：通常情况下，低倍率物镜要求高分辨率相机（小像元）与之匹配。
图4. 物镜的最佳匹配像元尺寸
红色方框内我们列出了一些常用物镜的匹配像元：40x油镜要求选择4.5μm像元的相机，如Photometrics Iris 9 sCMOS相机；60x油镜要求选择6.5μm像元的相机，如Photometrics Prime BSI sCMOS相机；100x油镜要求选择11μm像元的相机，如Photometrics Prime 95B sCMOS相机。
显微镜接口对分辨率的影响
显微镜接口（如C-mount）对于分辨率的影响是大家常常有疑问的地方，其实参考上面物镜匹配最佳像元的计算过程，就不难理解了。我们先给出关于分辨率的第四个结论：
使用小于1× C-mount（如0.5×），可以提高灵敏度，增大视野，但是会降低分辨率；
使用大于1× C-mount（如1.5×），可以提高分辨率，但是会降低灵敏度，减小视野。 这个结论是如何来的呢？我们按如下方法理解：不同倍率C-mount的加入，改变了整个显微镜的放大倍数。以100×/1.4物镜为例，如果使用0.5×接口，需要把整个系统当一台50×/1.4物镜去计算分辨率和匹配像元就可以了。
图5. 相机端示意图
换个角度考虑，参考图5。从1× C-mount变为使用0.5× C-mount时，进入相机的图像，放大倍数减半（图中圆形区域）；相机靶面不变，拍到的图像视野面积变为原来的四倍了（图中方形区域）；也相当于每个像素面积扩大为原来的4倍，所以灵敏度提高了，但是分辨率却下降了。
非1x的C-mount有两种常见的使用场景。一种是增加视野，譬如你有一台11mm对角线的相机（2/3英寸芯片），使用0.5× C-mount时，相当于1x C-mount时22mm对角线视野；另一种是提高分辨率，譬如使用16μm像元尺寸的EMCCD，此时相机不能满足100×/1.4油镜的分辨率要求。这时候通常的做法是，加入1.5x额外的光学放大（也可以理解为使用1.5x C-mount），这样16μm像元就等价于1x C-mount时11μm的像元了。
但是需要注意，任何光学接口的加入，都会造成额外的信号损失，降低成像系统灵敏度，因此当弱光成像实验时，我们并不建议使用。
总 结
说了这么多，希望大家对科研相机以及显微成像的分辨率有了更详细的了解。关于分辨率，还有一些用得到的小Tips，我们这里列出来供大家思考，不深入讨论：
- 相机分辨率不是越高越好，匹配了光学分辨率的条件下，我们通常选择大像元的相机
- 有的实验并不要求分辨率匹配，此时可以使用大像元相机或做binning提高相机灵敏度或成像速度
- 对有些超高分辨率应用，需要对图像做后续deconvolution处理，有时需要做3x或4x的数字采样，此时匹配的分辨率需要在图4表格的基础上做相应比例的缩小
如果有更多关于分辨率的疑问，欢迎联系Photometrics中国。
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