“你这个手机相机分辨率是多少？”
“XPPO，前后2000万，拍照更清晰！”
“哇，分辨率这么高！”
说到分辨率，大家第一个反应是看有多少像素，而且认为像素越多，分辨率就越高，图像质量也越好。这种说法，当我们单纯看图像分辨率或者显示器分辨率时，也可以说没错。但在讨论科研相机的分辨率和成像质量时，单看像素个数是不全面的，应该使用更科学的标准来判断。今天我们就来详细的聊一聊科研相机的分辨率。内容分为以下几个部分：
-
科研相机的分辨率
-
显微镜的光学分辨率
-
相机与显微镜的分辨率匹配
-
C-Mount对分辨率的影响
-
实验论证
科研相机的分辨率
如下图所示，假设相机芯片尺寸不变，当像素个数越多时，图像的分辨率也越提高。但注意这里有一个前提，相机芯片尺寸不变。事实上，当像素个数增加时，单个像元的尺寸变小，这才是分辨率提高的真正原因。所以更准确地说，是像元尺寸越小，相机分辨率越高。
由此我们得到关于分辨率的第一个结论：
像元尺寸决定相机分辨率。像元尺寸越小，分辨率越高。
既然这样，我们是不是应该总是选择像元小的相机就好了呢？显然不是，这里穿插一点信噪比的讨论。以单个像元来看，如果影响信噪比的其他几个参数如量子效率（QE）、读出噪声（read noise）、暗噪声（dark noise）都不变，像元尺寸越大，单个像元收集到的信号越多，则图像的信噪比越高。所以，信噪比和分辨率是相互制约的两个参数。提高信噪比要求像元尽量大，提高分辨率要求像元尽量小。在选择相机的时候，如果是极弱光和高速的应用，需要追求极限灵敏度，那么选择像元尽量大的相机，譬如Photometrics Prime 95B sCMOS像元11 μm；如果追求分辨率，那要选择像元尽量小的相机，譬如Photometrics Iris15，1500万像素，像元小至4.25 μm。通常对显微成像的应用，希望两者兼顾，我们给出关于分辨率的第二个结论：
相机的分辨率和显微镜的光学分辨率需要相匹配，才能获得高质量的图像。
现在我们先谈谈显微镜的分辨率。
显微镜分辨率
显微成像，是样品上的光信号通过物镜放大后成像的过程。由于物镜收集信号的开口尺寸（Objective aperture）是有限的，信号在通过物镜边界时会发生衍射。这个现象可以把物镜的开口近似为一个小孔来说明。
如下图所示，发生衍射后所成的像，比实际的样品大。通常XY方向在200-300nm，Z方向在500-800nm。
显微镜物镜所成的像，为中间一个亮点，和一系列环绕它的亮度渐弱的衍射环组成，称为艾里斑。物镜的数值孔径（NA）越大，中间的亮斑越小。
亮斑的尺寸可以由公式计算：
其中λ是光的波长，NA是物镜的数值孔径。
当两个艾里斑不断接近，直到肉眼不可分辨时，艾里斑中心间隔的距离就是此物镜的分辨率。
图4. 瑞利判据
物镜分辨率由以下公式定义，称为瑞利判据（Rayleigh Criterion）
通过以上公式，我们可以计算出各个物镜的分辨率。接下来就是最重要的相机的分辨率与物镜的分辨率匹配的问题了。那究竟如何做匹配呢？C-Mount又是如何影响分辨率的呢？小编先卖个关子，大家一定能从我们分辨率下篇中找到答案。