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| 22I-T16 SBU-使用点扩散函数的衍射极限成像系统的分辨率.pdf |
使用点扩散函数的衍射极限成像系统的分辨率 |
2022-07-20 14:57:42 2022-07-20 14:57:42 |
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使用点扩散函数的衍射极限成像系统的分辨率
2022.07.20
成像系统的性能与其分辨率有关，但分辨率的定义各不相同。在超分辨率显微镜中，傅里叶环相关[1]用于评估分辨率。 在衍射极限显微镜中，分辨率是用瑞利或斯派罗准则估算的[2]。在实践中，这些系统的分辨率也可以用微粒测量，微粒选择明显小于预期分辨率，选定上述标准之一。这些微粒充当形成PSF的点发源，其尺寸给出了图像分辨率的估计值，同样，该尺寸根据其定义而变化。在本文中，我们使用OpticStudio中的PSF来更客观地评估衍射极限成像系统的分辨率。
方法一：多重结构编辑器（相干成像）
显微镜设计
在整篇文章中，我使用了基于TL4X-SAP物镜（4X，0.2 NA）和TTL200管镜的显微镜设计，如图1所示。这两种透镜都可由THORLABS网站以黑盒形式提供。
图 1 - 由THORLABS的黑匣子元件组成的显微镜设计。放大倍数为4X，数值孔径 (NA) 为0.2。
我们使用“真实图像高度”定义并指定了在X和Y半宽为6.656毫米的正方形上具有相等面积的五个视场，对应于物平面中的1.664毫米。视场由像面中具有2048x2048像素和13.312x13.312mm2物理尺寸的科学 CMOS (sCMOS) 探测器进行建模。这些探测器通常用于显微镜，可以在Orca-Flash4.0 V3 (Hamamatsu) 或Zyla 4.2 plus (Andor) 等相机产品中找到。 我还使用了OpticStudio的波长 F、d、C（可见光）预设。 使用标准执行优化：具有四个环和六个臂的RMS波前质心，以及默认的空气边界约束（0 到 1000 毫米）。此外，该系统还受到远心和-4倍放大倍率的限制（在此显微镜设计中，图像是颠倒的）。
我选择这种显微镜设计是因为它相对容易设置并且具有实际应用。例如，机器视觉应用中通常需要远心性。我们始终保持优化简单，本文无意描述显微镜设计的一般情况。然而，本文的结果和结论适用于大多数具有共轭物体和像平面的成像系统，其中对衍射的大部分贡献发生在出瞳处，这意味着惠更斯点扩散函数 (PSF) 是评价系统性能的一个好参考。
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