顯微鏡圖像法
2023-04-17
一、分辨率
分辨率是描述點與點之間的距離用以辨別圖像清晰度的概念。但在使用中具體含義
有些差異。
1.人眼分辨率
人眼分辨率是指眼睛視覺細胞可以分辨出的兩點間的最小角距。裸眼的分辨率大約為1'（1°=60'=3600”），在近距離觀察中，對應的角距大約是0.1mm。
角距與距離有關。距離越遠，角距越大。雖然兩星球相差十萬八千里,但我們仍然難以分辨，看成是一個點。人眼分辨率還和光強、顏色、運動有關。
2.圖片的分辨率
圖像由點組成。這個點也叫像素——度量位圖圖像內數(shù)據(jù)量多少的度量單位。
圖片的分辨率是指單位面積或單位長度的像素多少，常用單位是ppi（每英寸像素pixel per inch）。
像素越多，分辨率就結高。分辨率通常以像素數(shù)來計量，例如，格式為“1024×768”
即每一條水平線上包含有1024個像素點，共有768條線。
現(xiàn)在路檔手機分辨率為480×640，即達到了307200 像素（30萬像素）。iPhone4的分辨率為960×640，對于至3.5吋或（英）寸的小尺寸，以及在30cm左右的觀看距離幾乎達
到了視網(wǎng)膜分辨率的極限。
3.掃描儀的分辨率
掃描時,掃描僅把源圖像分成大量網(wǎng)格，再在每個網(wǎng)格里取出一個樣點來代表這一網(wǎng)格里所包含的內容。所以掃描儀的分辨率用dpi(dot per inch）表示，即每時多少個點。
4、打印機的分辯率
打印機分辨率又稱輸出分辨率,是指橫向和縱向兩個方向上每時最多能夠打印的點
數(shù)，也用dpi表示。
打印機的分辨率越高，輸出的效果就越精密。一般，彩色照片的分辨率是300x600dpi;激光打印機均在600×600dpi 以上。
5.分辨率與數(shù)據(jù)處理
分辨率不高，就會有顆粒感、粗糙感。分辨率越高，圖像顯示越清晰、細膩，包含的數(shù)
據(jù)越多,就需要耗用更多的計算機資源、更大的硬盤空間等。
人眼可自動對焦、曝光自動補償、動模糊處理、夜視等；持續(xù)抓拍，拼接成全景圖。每
分鐘接收的數(shù)據(jù)量約為140.34GB，如果刻成藍光光碟，需要6張。更神奇的是人腦，在
處理這些數(shù)據(jù)的同時，還包括音頻、溫度、氣味等數(shù)據(jù)，處理速度是PB級的。
二、顯微鏡的發(fā)展
工欲善其事，必先利其器。科技進步總伴隨著工具的完善和革新。
19 世紀30年代后期，施萊德（M.Schleide）和施曼（T.Schmann）發(fā)明了光學顯微鏡，
使人類“看”到了細菌、微生物和微米級的微小物體，并沿用至今。
20 世紀30年代早期，盧斯卡（E.Ruska）發(fā)明了電子顯微鏡，使人類能“看”到了病毒等亞微米的物體，它與光學顯微鏡一起成為了微電子技術的基本工具。
1981年，IBM 蘇黎世研究實驗室的比尼格（ Gerd K.Binnig）和羅勒爾（HeinrichRohder)發(fā)明了適用于導電樣品的掃描隧道顯微鏡(STM)，使人類實現(xiàn)了觀察單個原子的愿望；1985年，他們又發(fā)明了具有原子分辨率、適用于非導電樣品的原子力顯微鏡（AFM）。
STM 與AFM一起構建了掃描探針顯微鏡(SPM)系列，包括極化力顯微鏡——原子力顯微鏡系列中的一種，在針尖與樣品間加一偏壓，可以對極化分子進行成像。
掃描探針顯微鏡解析度精確到納米，也稱為納米顯微鏡。
SPM的發(fā)明和應用，不僅能觀察一個個原子、分子，還能操縱它們，成為人們探索納米世界咎"眼"和“手”，直接觸發(fā)了納米技術的誕生。憑借業(yè)資赫沙便格羅新爾和盧斯卡分享了1986年的諾貝爾物理學獎。
20世紀80年代末，我國自行設計的掃描隧道顯微鏡誕生。
三、工作原理
顯微鏡圖像法是測量粒度最基本的方法之一。其裝置由顯微鏡、CCD攝像頭（或數(shù)碼像機）、圖形采集卡、計算機等部分組成。測試步驟如下：
（1）將顯微鏡放大后的顆粒圖像通過CCD 攝像頭和圖形采集卡傳輸?shù)接嬎銠C進行邊緣識別處理。
（2）計算出每個顆粒的投影面積。
（3）根據(jù)等效投影面積原理，計算出每個顆粒的粒徑。
（4）統(tǒng)計出所設定的粒徑區(qū)間的顆粒數(shù)量，最后得到粒度分布。
四、樣品制備
不同類別的顯微鏡，前期樣品制備過程也不同。
1. 光學顯微鏡
在測試前首先進行稍微復雜一些的樣品制備過程。
對光學顯微鏡而言,將極少量樣品置于玻璃載片，再加可揮發(fā)的或粘滯性的分散液進
行分散。
2. 透射顯微鏡
對透射顯微鏡而言，先制做具有一定強度、光穩(wěn)定性和透光性都比較好的支持膜。
（1）塑料膜：取火棉膠在酷酸內酯的溶液（1%~5%）滴到水面上，蒸干，成型。
（2）無機膜：碳膜，二氧化硅膜?？捎谜婵照翦兎ㄖ频?。
（3）金屬膜：鍍膜。可用真空蒸鍍法制得。
五、特點
該法具有如下特點：
（1）單顆粒測量。它是唯一可觀察和測量單個顆粒的大小、形狀和形貌的方法。但
是由于所測題粒個數(shù)較少,難以保證測試結果的真實性。改進措施是多點取樣以及多次測量。
（2）適用范圍大。光學顯微鏡：0.3-200m；掃描電子顯微鏡；最小0.01μm；透射電
子顯微鏡：0.001~5μm。
