「你這個手機相機解析度是多少？」
「XPPO，前後2000萬，拍照更清晰！」
「哇，解析度這麼高！」
說到解析度，大家第一個反應是看有多少像素，而且認為像素越多，解析度就越高，圖像質量也越好。這種說法，當我們單純看圖像解析度或者顯示器解析度時，也可以說沒錯。但在討論科研相機的解析度和成像質量時，單看像素個數是不全面的，應該使用更科學的標準來判斷。今天我們就來詳細的聊一聊科研相機的解析度。內容分為以下幾個部分：
科研相機的解析度顯微鏡的光學解析度
相機與顯微鏡的解析度匹配C-Mount對解析度的影響
實驗論證
科研相機的解析度
如下圖所示，假設相機晶片尺寸不變，當像素個數越多時，圖像的解析度也越提高。但注意這裡有一個前提，相機晶片尺寸不變。事實上，當像素個數增加時，單個像元的尺寸變小，這才是解析度提高的真正原因。所以更準確地說，是像元尺寸越小，相機解析度越高。
由此我們得到關於解析度的第一個結論：
像元尺寸決定相機解析度。像元尺寸越小，解析度越高。
既然這樣，我們是不是應該總是選擇像元小的相機就好了呢？顯然不是，這裡穿插一點信噪比的討論。以單個像元來看，如果影響信噪比的其他幾個參數如量子效率（QE）、讀出噪聲（read noise）、暗噪聲（dark noise）都不變，像元尺寸越大，單個像元收集到的信號越多，則圖像的信噪比越高。所以，信噪比和解析度是相互制約的兩個參數。提高信噪比要求像元儘量大，提高解析度要求像元儘量小。在選擇相機的時候，如果是極弱光和高速的應用，需要追求極限靈敏度，那麼選擇像元儘量大的相機，譬如Photometrics Prime 95B sCMOS像元11 μm；如果追求解析度，那要選擇像元儘量小的相機，譬如Photometrics Iris15，1500萬像素，像元小至4.25 μm。通常對顯微成像的應用，希望兩者兼顧，我們給出關於解析度的第二個結論：
相機的解析度和顯微鏡的光學解析度需要相匹配，才能獲得高質量的圖像。
現在我們先談談顯微鏡的解析度。
顯微鏡解析度
顯微成像，是樣品上的光信號通過物鏡放大後成像的過程。由於物鏡收集信號的開口尺寸（Objective aperture）是有限的，信號在通過物鏡邊界時會發生衍射。這個現象可以把物鏡的開口近似為一個小孔來說明。
如下圖所示，發生衍射後所成的像，比實際的樣品大。通常XY方向在200-300nm，Z方向在500-800nm。
顯微鏡物鏡所成的像，為中間一個亮點，和一系列環繞它的亮度漸弱的衍射環組成，稱為艾裡斑。物鏡的數值孔徑（NA）越大，中間的亮斑越小。
亮斑的尺寸可以由公式計算：
其中λ是光的波長，NA是物鏡的數值孔徑。
當兩個艾裡斑不斷接近，直到肉眼不可分辨時，艾裡斑中心間隔的距離就是此物鏡的解析度。
物鏡解析度由以下公式定義，稱為瑞利判據（Rayleigh Criterion）
通過以上公式，我們可以計算出各個物鏡的解析度。接下來就是最重要的相機的解析度與物鏡的解析度匹配的問題了。那究竟如何做匹配呢？C-Mount又是如何影響解析度的呢？小編先賣個關子，大家一定能從我們解析度下篇中找到答案。
關鍵詞：顯微成像、光學解析度、信噪比、相機的解析度與物鏡的解析度匹配