30000:1放大是什么意思?

显微镜放大的能力产生一个图像一个对象在一个规模更大的比它的实际尺寸(或更小)。放大是很有用的只有当可以看到更多的细节图像中物体比用肉眼观察对象。目前,放大观看时定义良好的图像样本通过显微镜的目镜。对于这种情况,严格的国际标准已被记录(5 - 9]。这些标准也适用于数码显微镜放大,但严格的定义和标准,通过数码显微镜、图像通常是被显示在电子监控,最近才发表(10]。

数码显微镜,显微镜的视觉观察配备数码相机,允许快速获取高质量的图像。他们常常被用于各种技术应用程序(11、12),在许多不同的领域和行业。

基本定义

放大究竟是什么?放大的基本定义的比例大小的特定对象的特性或样本见一个光学系统产生的图像的实际大小功能对象本身。因此,横向放大率,M_说可以被定义为:

应该注意,感知视觉显著放大的有用的范围取决于的最大分辨率显微镜系统。当放大通过有用的范围之外,没有额外的细节可以看到样品。这种情况被称为空的放大(13、14)。基于最大的分辨能力,也是一个有用的观看距离范围,即数字显示之间的距离和观察者的眼睛,可以定义为实际原因。

当通过显微镜的目镜观察图像视觉观察,总(横向)放大被定义为[8]:

在哪里

• 米_合计活力是总横向放大率通过目镜观察,
• 米_O物镜放大,
• 问是管总因素(变焦镜头和其他管)
• 米_E=目镜放大。

的情况下检测显微镜的图像投影到电子传感器,如数码相机,图像的放大传感器形成[8]:

在哪里

• 米_TOT项目的(横向)放大显微镜(图像投射到传感器),
• p是照相机目镜的投影系数,和
• 米_辐透的放大摄影从管投影透镜照相机。

之间的总管因素,q,通常是0.5:1和25:1。摄影投影镜头放大,M_辐透之间,通常是0.32:1和1.6:1。
数码显微镜,没有目镜,所以图像投影到电子传感器探测到的数码相机,然后显示到电子监测观察。这一事实也是如此为视觉显微镜观察图像时配备了数码相机通过监视器观察。因此,最后的数字显微镜总放大,M_说,总是依赖于图像的大小显示在监视器上。这份报告,显示图像的相机传感器监控假设发生在一对一的像素对应模式下,最简单的情况。信号从一个像素的相机是显示在一个像素的显示器。因此,监控摄像头传感器图像大小的比值成正比的实际像素大小监视和传感器(更多细节请参考下面的附件)。它可以被定义为:

其中M_说是总横向显示图像的放大显示在监视器和像素比图像的“东扩”是由于图像的信号传输从相机到电子监控显示。
像素大小比例是由像素大小的比值的监控摄像机的传感器:

正如上面已经提到的,一对一的像素对应模式假定图像显示的相机传感器监测。在这种显示模式,根据显示器的像素数量,只有部分的图像可能显示在监视器。

数码显微镜如图1所示的例子:一个数字显微镜立体显微镜和数码相机。

为光学仪器在一般情况下,分辨率是能够看到图像细节。更具体地说,分辨能力是能够区分图像相邻的点或线的密集在一起的对象。通常这两个词是同义的,但是分辨率更实用。在显微镜,分辨率是表达对每毫米。换句话说,对黑人和白线与平等线厚度和间距可以在一个给定的杰出的决议。

高放大倍数的值没有足够的分辨率导致空放大,正如上面已经提到的(13、14]。因此,它是至关重要的理解分辨率的限制因素,不仅对数字显微镜,但所有形式的光学显微镜。

传感器用于所有显微镜数码相机由徕卡微系统之间通常有很多像素1600×1200、4080×3072和2和6.5之间的像素大小μm万博体育(表1中例子)。高清晰度(HD)电脑显示器或电视机有1920×1200或1080像素和像素大小之间的0.1和0.9毫米(例子在表2)(15、16)。因此,监控像素通常是25到450倍相机像素。

表1:图像传感器用于规范DFC450 MC120/170/190高清,IC90 E, DMC5400数码相机和DMS300/1000数码显微镜由徕卡微系统。万博体育

表2:高清电子监控显示器的例子:电脑显示器或电视。

知道典型的像素大小的摄像头传感器(表1)和平板屏幕高清显示器(表2),那么值大小比例可以很容易地计算使用方程5(表3)。

表3:像素大小比率方程(5)的高清显示器(表2)和传感器用于DMS1000/300数码显微镜和MC190/170/120高清,DFC450、IC90 E和DMC5400数码相机由徕卡微系统(表1)。万博体育

为简单起见,实际上只有两个例子的数码显微镜数码显微镜和立体显微镜配备了数码相机,将在本文中讨论。假设一个图像显示,使用一对一的摄像头监控像素对应,在高清监控尺寸从21.5“(对角线尺寸21.5英寸(54.6厘米))75”(对角线尺寸74.5英寸(189厘米))。两个例子是DMS1000数字显微镜和M205一立体显微镜的MC170高清数码相机用C-mount安装。表4显示了示例的总放大(参考方程2和4)值获得DMS1000或M205显微镜配备MC170高清摄像头。DMS1000显微镜的物镜的放大范围是0.32 x 2 x和管因子(q)包括摄影投影透镜有一个8.4:1的范围内。的显微镜M205 MC170高清摄像头,目标是0.5倍的放大范围2 x,放大0.78倍至16倍,目镜10 x 25 x,和C-mount镜头0.4 x 1 x。

表4:总放大数据,M_合计活力和M_说(方程2和4),DMS1000数码显微镜和M205立体显微镜配备了MC170高清数码相机。放大的可能范围值,最小到最大,讨论了高清监控尺寸(表2)和像素比例(表3)。

这需要监控像素大小达到总横向显示放大30000:1 ?一个例子可以显示使用显微镜M205 MC170高清数码相机和方程3 b, 4和5。的最大放大率M205的图像样本投射到相机传感器:

Max。放大到传感器= 2 x(客观)16(变焦)x 1 x (C-mount) = 32 x

像素比例值对应于总放大倍数30000:1与上述放大32 x在传感器:

徕卡的像素大小MC170μm 2.35高清摄像头传感器。使用上面的像素比例值,938:1,和原先的摄像头监控像素对应,显示器像素大小必须:

监控像素大小= 938(像素比例)x 0.00235毫米(像素大小的传感器)= 2.2毫米

因此,为了实现总放大倍数30000:1与M205 MC170高清摄像头,显示器像素大小是2.2毫米。这个像素大小对应于一个高清监控对角线的4.9米!

现在必须问这个问题如果这种程度的放大,30000:1,只是超出了有用的范围,这意味着它是空的放大。我们如何确定一个有用的数字显微镜的放大范围,图像从监视器观察到哪里?第一重要的是更好地理解显微镜系统分辨率和观看距离。

数码显微镜系统分辨率(或立体数码相机)是由三个主要影响因素:

光学分辨率:

NA是数值孔径和λ是光的波长在海里;

图像传感器(相机传感器)解析:

其中M_TOT项目是放大从样本到传感器(公式3),“传感器本。模式”指的是装箱方式为全帧是1,2为2×2像素装箱,等等。(参见图2),和“像素大小”指的是传感器像素大小µm;和

图像显示(监控)决议:

其中M_说是总横向放大率方程(4)和监控像素尺寸在毫米。

相机传感器和显示器分辨率的基础限制是奈奎斯特抽样定理的速率或频率数字信号处理(参见图2)[17]。这个定理假设至少2像素需要解决1线对。对于这个报告,如上所述,最好的情况假设一个一对一的对应像素之间的传感器和监视器。因此,使用方程4和显示器像素大小转换成单位µm,它变得明显,传感器和显示器的分辨率极限是相同的。

数字显微镜系统的分辨率极限分辨率的决定最小的上面3解析值。

观看距离之间的距离是观察者的眼睛,显示的图像。观看距离的有效范围是影响系统分辨率显微镜和视觉分辨率观察者的角度[18]。后者通常是2.3到4.6分钟的电弧对典型的人类的眼睛。换句话说,一个人眼能够分辨细节的监控的分离距离对应于一个角的差异超过2.3到4.6分钟的弧为一个特定的观看距离。观看距离的有用的范围可以表示为:

其中M_说是总横向放大率(4)方程和系统分辨率,是指显微镜分辨率限制正如上面所讨论的。

这里的讨论,假设观看距离总是有用的范围内。

了解如何确定有用的数字显微镜的放大范围,即观察显示屏上的放大图像,首先需要简要提到的从视觉感知放大观察图像或对象。利用几何光学,以下可以推导出:

其中M_说是总放大(方程1)和250年指的是标准的观看距离mm基于人眼的平均近点。

现在,最后的有用的范围放大可以定义通过结合方程9和10:

因此,有用的放大范围之间的1/6和1/3显微镜系统的分辨率。

高放大倍数

现代照相机传感器像素大小在1 - 6µm范围内,低于10µm。当使用高sample-to-sensor放大时,例如150:1,也没有装箱的像素和一个一对一的传感器监控像素对应,也就是说从方程6,7,8以上显微镜系统分辨率是由光学分辨率极限。大数值孔径的光学分辨率极限,接近1.3,最小波长的可见光,约400海里,是5400线对/毫米。对于这些相同条件下,相机的分辨率限制传感器像素大小低于10µm容易超过这个值。这个特定条件的情况下,从方程11上面有用的最大放大率是1800 x的值的范围。

低放大倍数

低倍镜下从样本到相机传感器,1 x或更少,数值孔径通常低于0.03。与像素相机传感器的分辨率极限尺寸大于2µm会不如在如此低的放大的光学分辨率。因此,低倍镜下,1 x,传感器或监视器分辨率限制可能会主导因素有关的分辨率显微镜系统。

对于这个讨论数码显微镜,它假定监视器上的图像总是观察上述有用的观看距离范围内。每当放大感知价值超过了有用的放大范围,即1800 x,那么没有更多细节关于样品可以解决。

对象字段(的)对象的一部分复制在最终的图像。它也被称为显微镜的视野(FOV)。因此,对象的细节只能观察到如果他们存在于对象字段。

透过目镜时,是一种可见的圆形图像样本的一部分。(参考方程的大小12)是依赖于领域(FN)的目镜,以及目标和管的放大镜头(参见图3)。

数码显微镜的对象字段矩形由于自然的图像传感器接收图像和显示监视器(参见图3)。它是表示在毫米的宽度和高度。数码显微镜,必须注意形象创造的光学系统是大到足以覆盖整个图像传感器。在这种情况下,可以由图像传感器或有限的显示。在这两种情况下的物理尺寸活跃区域,由活跃的像素高度和宽度的数量和他们的物理尺寸(像素间距),必须考虑。

计算的物理传感器的有效面积的大小(指方程13)必须除以放大的目标,管和相机投影镜头(M_TOT项目)或监视器的总横向显示放大,M_说。每个高度和宽度较小的值定义的数码显微镜。

很可能是两种高度和宽度的对象字段不一定是共同的限制图像传感器或显示。例如,高度可以通过显示而有限宽度可以通过传感器是有限的。将取决于最终的尺寸和比例图像传感器和显示的像素对应(1:1,1:2,2:1,等)之间的图像显示。在这个报告中,一对一的传感器监控像素对应。

的的目镜可以由:

在哪里

• 的_目镜是对象字段通过目镜观察,
• FN目镜视场直径,
• 米_O×问从方程(2)前的总放大目镜由于客观,变焦,和任何其他管透镜在目镜。

相机的传感器可以确定使用传感器的宽度和高度除以总放大的光学生产样品的图像在传感器:

在哪里

• w是观察到传感器的宽度,
• h是观察到传感器的高度,
• 米_TOT项目从样品总放大到传感器(方程3 b),然后呢
• μm的像素大小。

图像之间的差异被目镜和相机记录的芯片,对于相同的示例,目标,和缩放设置,如下面的图3和图4所示。在图4中,总目标和变焦镜头的放大1 x,但几种类型的徕卡C-mounts不同放大被用来安装摄像头,芯片尺寸的DFC450 2/3”到M205立体显微镜。在图4中看到的红色矩形图4 b的代表,一个图像用0.32 x C-mount。图4 c的蓝色矩形表示,用0.5 x C-mount。的绿色矩形显示了图4 d,用0.63 x C-mount。图4 b显示了光损失的问题,图像的边缘比中心更暗。为了避免这样的问题,通常建议0.32 x C-mount是使用数码相机有1/3”(8.45毫米)芯片尺寸,0.4 x C-mount 1/2.3”(11毫米)芯片尺寸,0.5 x C-mount 1/2”(12.7毫米)芯片尺寸,0.63 x C-mount 2/3”(16.9毫米)芯片的大小。

对象字段()的相机传感器可以使用上面方程13计算。值的范围的的DMS1000数码显微镜和M205立体显微镜配有MD170高清摄像头如表5所示。DMS1000的放大范围是:目标0.32 x 2 x和管因子(q)包括摄影投影透镜有一个8.4:1比例,和对于M205 MC170高清摄像头:客观的0.5倍到2倍,放大0.78倍至16倍,C-mount 0.4 x 1 x。

表5:对象字段的数据方程(13)从DMS1000数码显微镜和图像M205立体显微镜配有MC170高清数码相机显示从最小到最大的价值。

数码显微镜使用电子图像传感器(相机传感器)来取代目镜。显微镜对视觉感知,如立体显微镜,目镜,可以配备数码相机。数码显微镜可以快速获取高质量的图像。通常用于快速和容易文档、质量控制(QC),失效分析,研究与开发(R&D)在不同的领域。

由于相机传感器尺寸的多样性和电子显示屏大小,确定放大和解决在使用数码显微镜可以挑战。与这份报告用户的数码显微镜可以更好地了解如何评估总放大及其有用的范围。此外,有用的信息关于对象字段或字段的视图进行了探讨。

1. 鲁尔H:光学显微镜的一些基本知识(2012年5月)。
2. Goeggel D, Schue:显微镜的趋势:“数字”你真的需要多少钱?(2012年9月)。
3. Goeggel D:因素时要考虑选择一个立体显微镜(2012年1月)。
4. Goeggel D, Schue, kip D: FusionOptics——结合了高分辨率和景深理想的三维光学图像(2008年4月)。
5. ISO 8039:2012:显微镜-值,为放大公差和符号。国际标准化组织(2012)。
6. ISO 8578:2012:显微镜-标记的目标和目镜。国际标准化组织(2012)。
7. ISO 9345 - 1和2:2012:显微镜成像距离相关机械参考飞机——第1部分和第2部分。国际标准化组织(2012)。
8. ISO 10934 - 1和2:2002:光学显微镜和光学仪器——词汇——第1部分和第2部分。国际标准化组织(2002)。
9. ISO 19012 - 1和2:2013:显微镜-指定显微镜目标——第1部分和第2部分。国际标准化组织(2013)。
10. ISO 18221: 2016标准的显微镜,显微镜数码成像显示,提供给用户的信息关于成像性能,国际标准化组织(2013)
11. Schlaffer G:数字显微镜:应用视频(2012年10月)的集合。
12. DeRose J, Schlaffer G:你的数码显微镜测量准确、可靠吗?(2014年9月)。
13. Schue答:谨防“空”的放大(2008年5月)。
14. 施密德U:数码相机谨防像素躁狂(2009年5月)。
15. 维基百科:电脑显示器的标准。
16. 维基百科:显示分辨率。
17. 维基百科:Nyquist-Shannon抽样定理。
18. 维基百科:最佳高清电视观看距离。