调制传递函数:衍射对图像对比度的影响

2022-11-04 14:55:02 浏览:273

前言

随着管透镜焦距的增加,到中间像平面的距离也会增加,从而导致整体管长更长。200 到 250 毫米之间的管长被认为是最佳的,因为较长的焦距将为对角线光线产生较小的离轴角,从而减少系统伪影。更长的管长也增加了系统在附件组件设计方面的灵活性。

 

 

教程说明

本教程以最低空间频率(每毫米 20 对线对)进行初始化,该频率表示为小程序窗口左侧显示的周期性光栅中一系列重复的黑白矩形条。出于本教程的目的,使用了微观方波输入目标,因为制造正弦波目标要容易得多(即使是最好的方波目标在亚微米水平上也有些正弦)。在显微镜中产生的图像显示在物镜的右侧,并显示为对比度降低的正弦强度,该强度以物体对比度的相对百分比绘制在图像下方的图形中。100% 对比度表示常规的白色和黑色重复条,而 0% 对比度由灰色背景上的灰色条表示。当“空间频率”滑块从左向右移动时,光栅线间距会减小(空间频率增加),并且图像会失去对比度。在本教程提供的最高空间频率(每毫米 1000 对线)下,图像实际上失去了所有对比度,并呈现出柔和的灰色阴影。

在光学显微镜中,信号频率可以等同于在标本中观察到的周期性,范围从蒸发到显微镜载玻片上的金属线光栅或硅藻视锥中的重复结构到在活组织培养细胞中观察到的亚细胞颗粒。标本中每单位间隔的间距数称为空间频率,通常以标本中发现的周期间距(空间周期)的定量表示。空间频率的常用参考单位是每微米或毫米的线对数。例如,连续的一系列黑白线对,每对空间周期测量 1 微米,每毫米重复 1000 次,因此相应的空间频率为每毫米 1000 条线。

输出信号的调制,形成标本图像的光波强度,对应于显微镜中图像对比度的形成。因此,特定光学显微镜的MTF测量值可以从标本中存在的周期性线条或间距产生的对比度中获得,这些线条或间距是由图像中的正弦强度引起的,这些正弦强度随空间频率的变化而变化。如果使用浸油在高数值孔径(1.40)下用匹配的物镜/聚光镜对对在高数值孔径(1.40)下成像空间周期为1微米(交替吸收线对和透明线对之间的距离)的标本,则各个线对将在显微镜中清晰分辨。该图像不会忠实地再现线对图案,而是在暗条和明条之间具有中等程度的对比度。将线对之间的距离减小到0.5微米的空间周期(空间频率等于每毫米2000线)将进一步降低最终图像中的对比度,但将空间周期增加到2微米(空间频率等于每毫米500条线)将产生相应的图像对比度增加。

当空间频率接近每毫米5000线(空间周期等于0.2微米)时,在高数值孔径(1.4)下使用500纳米的照明波长时,达到光学显微镜的分辨率极限。此时,对比度几乎无法检测到,图像将显示为中性灰色阴影。在实际标本中,对比度取决于图像的大小、亮度和颜色,但人眼在非常低的对比度水平下停止检测周期性,并且可能无法达到 0.2 微米的分辨率限制。

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