影響顯微成像質量的因素顯微鏡鏡頭

顯微鏡鏡頭分不同類型，但即使對于同一類型的鏡頭，其成像質量也有著很大的差異，這主要是由于材質、加工精度和鏡片結構的不同等因素造成的，同時也導致不同檔次的鏡頭價格從幾百元到幾萬元的巨大差異。比較著名的如四片三組式天塞鏡頭、六片四組式雙高斯鏡頭。對于鏡頭設計及生產廠家，一般用光學傳遞函數OTF(Optical Transfer Function)來綜合評價鏡頭成像質量，光學系統傳遞的是亮度沿空間分布的信息，光學系統在傳遞被攝景物信息時，被傳遞之各空間頻率的正弦波信號，其調制度和位相在成實際像時的變化，均為空間頻率的函數，此函數稱為光學傳遞函數。OTF一般由調制傳遞函數MTF(Modulation Transfer Function)與位相傳遞函數PTF(Phase Transfer Function )兩部分組成。像差是影響圖像質量的重要方面，常見的像差有如下六種：

球差:

由主軸上某一物點向光學系統發出的單色圓錐形光束，經該光學系列折射后，若原光束不同孔徑角的各光線，不能交于主軸上的同一位置，以至在主軸上的理想像平面處，形成一彌散光斑(俗稱模糊圈)，則此光學系統的成像誤差稱為球差。

慧差:

由位于主軸外的某一軸外物點，向光學系統發出的單色圓錐形光束，經該光學系列折射后，若在理想像平面處不能結成清晰點，而是結成拖著明亮尾巴的慧星形光斑，則此光學系統的成像誤差稱為慧差。

像散:

由位于主軸外的某一軸外物點，向光學系統發出的斜射單色圓錐形光束，經該光學系列折射后，不能結成一個清晰像點，而只能結成一彌散光斑，則此光學系統的成像誤差稱為像散。

場曲:

垂直于主軸的平面物體經光學系統所結成的清晰影像，若不在一垂直于主軸的像平面內，而在一以主軸為對稱的彎曲表面上，即最佳像面為一曲面，則此光學系統的成像誤差稱為場曲。當調焦至畫面中央處的影像清晰時，畫面四周的影像模糊;而當調焦至畫面四周處的影像清晰時，畫面中央處的影像又開始模糊。

色差:

由白色物體向光學系統發出一束白光，經光學系統折射后，各色光不能會聚于一點上，而形成一彩色像斑，稱為色差。色差產生的原因是同一光學玻璃對不同波長的光線的折射率不同，短波光折射率大，長波光折射率小。

畸變：

被攝物平面內的主軸外直線，經光學系統成像后變為曲線，則此光學系統的成像誤差稱為畸變。畸變像差只影響影像的幾何形狀，而不影響影像的清晰度。這是畸變與球差、慧差、像散、場曲之間的根本區別。

我們在評價鏡頭質量時一般還會從分辨率、明銳度和景深等幾個實用參數判斷。

分辨率：

又稱鑒別率、解像力，指鏡頭清晰分辨被攝景物纖維細節的能力，制約鏡頭分辨率的原因是光的衍射現象，即衍射光斑(愛里斑)。分辨率的單位是線對/毫米。

明銳度(Acutance)：

也稱對比度，是指圖像中最亮和最暗的部分的對比度。

景深(DOF)：

在景物空間中，位于調焦物平面前后一定距離內的景物，還能夠結成相對清晰的影像。上述位于調焦物平面前后的能結成相對清晰影像的景物間之縱深距離，也就是能在實際像平面上獲得相對清晰影像的景物空間深度范圍，稱為景深。

最大相對孔徑與光圈系數：

相對孔徑，是指該鏡頭的入射光孔直徑(用D表示)與焦距(用f表示)之比，即：相對孔徑=D/ f 。相對孔徑的倒數稱為光圈系數(aperture scale)，又稱為f/制光圈系數或光孔號碼。一般鏡頭的相對孔徑是可以調節的，其最大相對孔徑或光圈系數往往標示在鏡頭上，如1:1.2或f/1.2 。如果拍攝現場的光線較暗或曝光時間很短，則需要盡量選擇最大相對孔徑較大的鏡頭。

鏡頭各參數間的相互影響關系

一個好的鏡頭，在分辨率、明銳度、景深等方面都有很好的體現，對各種像差的校正也比較好，但同時其價格也會幾倍甚至上百倍的提高。如果我們掌握一些規律和經驗，就可以使用同檔次的鏡頭達到更好的效果。

1. 焦距大小的影響情況

焦距越小，景深越大;

焦距越小，畸變越大;

焦距越小，漸暈現象越嚴重，使像差邊緣的照度降低;

2. 光圈大小的影響情況光圈越大，圖像亮度越高;

光圈越大，景深越小;

光圈越大，分辨率越高;

3. 場中央與邊緣

一般像場中心較邊緣分辨率高

一般像場中心較邊緣光場照度高

4. 光波長度的影響

在相同的攝像機及鏡頭參數條件下，照明光源的光波波長越短，得到的圖像的分辨力越高。所以在需要精密尺寸及位置測量的視覺系統中，盡量采用短波長的單色光作為照明光源，對提高系統精度有很大的作用。