CCD空间分辨率基本概述

的决议的CCD是像素的数量及其相对于投影图像的大小的函数。超过1,000 x 1,000个传感器(1百万像素)的CCD阵列现在在科学相机中很常见。相机的趋势是传感器尺寸减小，目前在消费市场上可以买到像素小到4 x 4微米的相机。在考虑特定应用的最合适的像素大小之前，重要的是考虑投影图像与像素大小的相对大小，以获得令人满意的图像再现。

考虑一个直径小于一个像素的圆形物体的投影图像。如果图像直接落在像素的中心，那么相机将把物体再现为1像素的正方形。即使物体被成像到4个像素的顶点上，物体仍然会被复制为一个只有调光器的正方形-不是一个忠实的复制。如果投影图像的直径相当于一个或甚至两个像素对角线，则图像再现仍然不是物体的忠实再现，并且在图像投影的中心是否落在像素的中心或像素的顶点上严重不同。

只有当物体图像覆盖三个像素时，我们才开始获得一个更忠实地再现的图像，并且清楚地代表一个圆形物体。图像的质量现在也独立于物体图像的中心，在像素中心或在像素的顶点。奈奎斯特定理指出，数字样本的频率应该是模拟频率的两倍，通常被引用来推荐相对于物体图像大小的2像素的“采样率”。奈奎斯特定理处理的是二维信号，如音频和电信号，它不适用于图像，图像有三个维度的强度，而不是x和y空间维度。

调制传递函数

除了离散像素之外，成像系统的质量和相机噪声等其他因素都限制了物体的精确再现。在光学系统中，相机的分辨率和性能可以用一个称为分辨率的量来表征调制传递函数，这是一种测量相机和光学系统在特定分辨率下将对比度从标本转移到中间图像平面的能力。调制传递函数的计算是光学制造商经常使用的一种机制，将分辨率和对比度数据合并到单个规格中。这一概念来源于电气工程中使用的标准惯例，该惯例将输出信号的调制程度与信号频率的函数联系起来。

一个典型的MTF曲线的CCD相机与10x10和20x20微米像素如下所示。投影到传感器表面的正弦波的空间频率在横坐标上绘制，并在纵坐标上绘制得到的调制百分比。极限分辨率通常定义为3%的调制水平。

只有为每个可解析单元至少制作两个样本，才能实现物体的充分分辨率(许多研究者倾向于为每个可解析单元制作三个样本，以确保足够的采样)。在外延荧光显微镜的情况下，从阿贝衍射极限在550纳米波长使用1.25数值孔径透镜的可分辨单位是0.27微米。如果使用100倍物镜，在CCD表面衍射受限点的投影尺寸将为27微米。尺寸为13 x 13微米像素的传感器只允许光学和电子分辨率匹配，首选9 x 9微米像素。虽然CCD中的小型传感器提高了空间分辨率，但它们也限制了设备的动态范围。

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