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在19世紀，德國科學家恩斯特·阿貝(Ernst Abbe)設計了一個簡單的規則來描述成像極限，即像素尺寸大小。該規則適用於任何當時已知的成像系統。在阿貝準則中，一個像素的大小(S)與照射該物體的光的波長(λ)乘以透鏡的焦距(f)再除以鏡頭直徑(D)的結果成正比。
因此，具有大直徑和短焦距的透鏡將會有更小的像素尺寸，因而成像更為清晰。在任何透鏡系統中，像素大小與該物體的光的一個波長相同時得到的物體圖像，就是你能得到的最佳圖像。實現最佳圖像效果時所達到的像素大小大約為一個波長，這也是大多數光學儀器(例如相機和雙筒望遠鏡)像素尺寸的極限。 在光學的許多重要應用中，設計和構建能夠產出高質量圖像的成像系統一直是重中之重。例如顯微鏡，它被廣泛應用於從生物學研究到外科手術的多個領域中。
最早的顯微鏡使用的是非常簡單的透鏡，儘管它很小，具有類似於球形拋光玻璃的形狀，卻為17世紀的羅伯特·胡克(Robert Hooke)等早期實驗者提供了探索自然界中無法用肉眼看到的微小生物的工具。如圖13位於上方的圖片所示，胡克繪製的跳蚤圖揭示了顯微技術的力量，使更多的新發現成為可能。
相較起來，現代的科研顯微鏡設備更為複雜。它們由包含多個部件的複合透鏡組成，使得成像的像素大小非常接近於光的波長，即之前提到的成像極限，或阿貝極限。圖13位於下方的圖片顯示了一個由現代顯微鏡成像的例子。這是一張果蠅幼蟲神經系統的合成圖像，該幼蟲即將孵化。它是通過位於幼蟲細胞中的發光蛋白成像而成的。
阿貝極限適用於圖像亮度與物體亮度成比例的光學系統。這樣的光學系統被稱為線性系統。事實上，阿貝極限可以被突破，但是需要通過非線性系統，在這種系統中，圖像亮度與物體亮度的平方乃至更複雜的函數成比例。為了更全面地解釋這些效應，需要更多地了解光的波動模型。 具有類似特性及複雜性的光學成像系統還被用於計算機晶片的製造中。
要知道，電子電路元件都非常微小，連接晶片上兩個電晶體的導線直徑僅為250納米。 複雜的器件和連接陣列通過一種被稱為光刻的工藝被布置在矽片上。 為使設計師方便觀察，晶片布局的繪製比例一般都足夠大，繪製完成後，將晶片布局比例縮小並投影到晶片上；接著，這一圖像將被蝕刻到晶片的表面塗層上；最後，通過一系列化學反應過程，圖像映射到實際設備上。要完成這一系列步驟，成像系統必須具有非常高的解析度，即像素尺寸要與設備連接線的尺寸數量級相同。在整個晶片上保持這種解析度是一個很大的挑戰，這需要對許多透鏡元件精密組合，從而將所有像差減小到絕對最小值。下就展示了這樣一個例子，圖中顯示了該透鏡的橫截面，顯示了透鏡元件與光線路徑的多樣性。