显微镜:分辨率与对比度的区别

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显微镜:分辨率与对比度的区别

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Questioner 更新于2023-11-14 12:31:27

在开始探究之前,我们先问自己一个问题

相差显微镜能否显著提高显微镜分辨率?

相信看完这个帖子后,你会得到正确的答案

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Questioner
3月前

@simple 的问题中,我发现到了有两个概念有写难以辨析,在原问题中我把它表述为严格意义上的分辨率和广义上的分辨率?现在我找到了更好的表述方式,广义上的分辨率往往被我们称为“对比度”

何为对比度?假如有两种化学性质不同的东西,外观确极其相似,当我们使用特异性的染料染色后,二者的差异变得显著,这时的对比度就提高了。但是,直觉上我们就已经能判断,“分辨率”并没有任何变化,这就是我们今天要说明的问题,提高对比度并不一定意味着提高分辨率

要想真正分清楚这两个概念,我们首先要弄明白,为何分辨率会有物理极限?分辨率公式又是如何推导出的呢?

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Questioner
3月前

我们知道,光也具有波的性质,存在衍射现象,当它通过小孔时会偏离直线传播,从而“绕”到障碍物后面,这就产生了艾里斑,这就是物理上存在分辨率极限的原因

以第一条亮带为界限,中间最亮的地方就叫艾里斑

image.pngimage.png

而可以预见的是,当两个艾里斑存在部分重合时,就会导致成像不清,这也就揭示了普通显微镜的分辨率应当和艾里斑的半径有关。显然艾里斑的半径越小,就越不容易重叠,分辨率就越高。从艾里斑半径的公式中我们也不难发现它和显微镜分辨率存在密切联系

   image.png image.png

(左为艾里斑半径,右为显微镜分辨率)

而想要提高分辨率,存在着两种办法,第一种就是我们最熟悉的,在物理公式的框架下对数值动动手脚,缩小艾里斑的半径。油镜提高折射率,而电镜也可以理解为减小光的波长。所以我们发现这两种显微镜在翟4上是明确无疑地提到能提高显微镜分辨率的。

3条评论
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羲囍
2月前

电镜是利用电子隧穿效应的吧

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Questioner 回复 羲囍
2月前

只是扫描隧道电子显微镜利用的隧道效应罢了,透射电镜和光学显微镜的相似之处非常明显

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羲囍 回复 Questioner
2月前

如果说都用了波,也确实很相似

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Questioner
3月前

随着计算机技术的发展,第二条路也逐渐产生了可能,既然两个艾里斑重叠会导致成像不清,那我一次只成像一个艾里斑,然后再用电脑把数据汇总起来不就好了?

事实上,超分辨率荧光显微镜走的基本上都是这条路

翟中和中提到的激光扫描共聚焦显微镜,是通过每次只采集一个焦点上的荧光实现的

而随机光学重建显微镜,大名顶顶的STORM,是通过分开发光的方法来消除艾里斑的影响

而从它们的名字就能看出,它们对于分辨率也是有显著的提高的