奧林巴斯顯微鏡成像數(shù)字圖像采樣頻率

 為了匹配顯微鏡及隨附照相機系統(tǒng)的光學(xué)和電子的分辨率，數(shù)字圖像應(yīng)具有每水平線樣本的足夠的數(shù)量，以便在顯示忠實代表提交給數(shù)字化裝置中的原始信號。 這種互動式教學(xué)探討變異標本采樣頻率如何影響*終圖像的分辨率。

本教程以初始化出現(xiàn)在題為信號的采樣頻率的窗口隨機產(chǎn)生的模擬信號。 下方的窗口是一個采樣頻率滑塊，使用戶能夠改變頻率的范圍1樣品內(nèi)的每個像素的一個樣本為每32個像素。 用戶可以通過按下復(fù)位按鈕，將鼠標光標復(fù)位到一個新的模擬信號。

當一個模擬信號被數(shù)字化，以不足的采樣頻率（實際上，當采樣頻率滑塊調(diào)整到值*過每樣本的幾個像素），事件被錯過并且這種現(xiàn)象被稱為混疊的發(fā)展。 混疊將導(dǎo)致不僅在重要的高空間頻率信息的損失，而且在引入雜散頻率較低的數(shù)據(jù)，如下面更詳細地討論。

一種數(shù)字圖像的空間分辨率由像素，被稱為采樣間隔 ，并且與數(shù)字化設(shè)備的精度之間的距離來確定。 每個像素的數(shù)字圖像中的數(shù)值表示平均*過采樣間隔的光學(xué)圖象的強度。 那些比數(shù)字采樣間隔小的光學(xué)圖像的功能將不會在數(shù)字圖像準確地表示。 需要注意的是有涉及圖象分辨率其他真實世界的考慮因素是復(fù)雜的在成像設(shè)備（如CCD）的采樣間隔之間的簡單關(guān)系的概念，并在試樣的相應(yīng)的時間間隔是很重要的。 而知道的間隔，所述成像裝置能夠采樣的理論意義上，它是有用的，大多數(shù)捕獲設(shè)備不離散點取樣，但集成在一個顯著區(qū)域。 對于這個和其它原因，很難在實踐中直接涉及的光學(xué)圖像中觀察到的特征的尺寸，以一個“有效”的采樣間隔是必要的，數(shù)字化器以保留功能。 盡管這一實際并發(fā)癥，該教程演示了采樣頻率和圖像分辨率之間的關(guān)系。（本文來源：奧林巴斯顯微鏡成像數(shù)字圖像采樣頻率）

根據(jù)香農(nóng)的抽樣定理 ，為了保留原始圖像的空間分辨率，數(shù)字化設(shè)備必須使用一個采樣間隔不大于所述光學(xué)圖像的*小可分辨特征的二分之一的尺寸更大。 這相當于獲得樣品在包含在圖像中的*高空間頻率的兩倍，參考點通常被稱為奈奎斯特準則 。 如果分辨率的光學(xué)圖像中的阿貝極限為約0.22微米，數(shù)字化儀必須在對應(yīng)于試樣空間到0.11微米或更小的時間間隔進行采樣。 一種數(shù)字化，樣品每行掃描線512點便會有鑒于約56微米（512×0.11微米）的*大水平視場。 每掃描線或單位面積試樣的數(shù)字樣本，這可以通過過大所帶來的光學(xué)放大倍率，數(shù)量的增加不會產(chǎn)生更多的空間信息和圖像會被說成是過采樣 。 需要注意的是過采樣經(jīng)常故意做檢查或顯示的衍射圖案或點擴散函數(shù)，產(chǎn)生的視場減小，或獲得冗余值，以確保所顯示的圖像的保真度。在大多數(shù)情況下，為了確保足夠的采樣用于高分辨率成像，為2.5?3的樣品的*小可分辨特征的時間間隔是理想的。

在由數(shù)字化所產(chǎn)生的像素的間距相隔太遠相比，圖像的高頻細節(jié)的情況下，該樣品的信息可接著偽裝成是不實際存在于試樣的較低空間頻率的圖像特征。 混疊是發(fā)生突然當取樣頻率低于臨界水平，并可能導(dǎo)致的莫爾條紋的產(chǎn)生在試樣與規(guī)則間隔的，重復(fù)的圖案，如可見于圖1中所示的硅藻一個特有的現(xiàn)象。 在該圖中，在左側(cè)面板（A）顯示與具有0.90的數(shù)值孔徑和1.5倍輔助鏡頭40倍物鏡獲得的硅藻的圖像。 右側(cè)面板（b）表示不帶輔助透鏡相同的視場。 別名是存在于面板（b）和出現(xiàn)了一系列的硅藻硅藻低頻酒吧。 在大多數(shù)情況下，混疊突然產(chǎn)生以采樣頻率小于或等于大約1.5倍的重復(fù)，高頻圖案，如在該圖中觀察到的。 應(yīng)當指出的是，雖然所得到的圖像的空間頻率artifactually由混疊改變時，信號的幅值是不顯著改變。