恩斯特·阿贝制定了标准
这个“阿贝极限”取决于所应用光的波长λ(颜色)和所使用物镜的数值孔径(NA):
用阿贝的话说:"所以，在Bezug的Mikroskop是这样的förderliche Vergrößerung noch weiter vervollkommnet werden möchte, die Unterscheidungsgrenze für Beleuchtung doch niemals über den Betrag der ganzen，并且für äusserste Beleuchtung niemals über在哈尔本Wellenlänge的blauen licts um in Nennenswerthes hinausgehen wnd "。
在大多数倾斜照度下，分化的极限不会大大超过蓝光波长的一半。“最倾斜的照明”是使用一个至少与物镜的NA匹配的聚光器。请记住，大约在公元1850年，“显微镜”通常采用透射光在可见范围内的亮场。
当然，这一陈述开始了发明可以做得更好的仪器。紫外线显微镜和新型浸没系统通过改变参数λ和NA而不违反假设边界来利用该公式。这种变化的极端情况是电子显微镜，其中λ由加速电子的电压控制。
要真正突破阿贝的极限，我们可以采取两种不同的方法:要么开发和设计光学仪器，固有地产生更高的分辨率，要么对原始图像应用数学和计算，以增加隐藏在记录数据中的特征的可分离性。任何能够比阿贝的极限分辨率更好的系统都被标记为“超级分辨率”[2]．但是，必须清楚，这些解决方案不证明具有错误的问题。他对经典显微镜中线形物体的可见性的考虑和结论是正确的。对于几位作者分析点状发射者的可分离性的分析是如此[3.，4，5，这导致了一系列接近阿贝极限的标准。
光学超分辨率
一种光学器件，其分辨率优于d阿贝是共聚焦显微镜[6]．在大多数情况下，共聚焦显微镜被认为是进行光学切片的金标准。这是正确的，并且似乎在现代生物和医学研究中作为荧光成像不可缺少的主力继续发挥作用。188bet怎么注册此外，它还为材料科学、半导体研究、质量管理等领域提供了一系列应用。
共焦器件除了具有轴向对比度的光学切片能力外，还可以提高横向分辨率。就像光学截面的厚度一样，横向分辨率取决于针孔的大小[7]．如果针孔的尺寸大于衍射图案的中心特征，称为“艾里盘”，那么分辨率或多或少就等于普通显微镜的衍射极限分辨率。当将针孔关闭到小于“艾里单元”的直径时，横向分辨率增加-对应于可探测特征的小半宽(见图1)。在完全关闭针孔的理论情况下达到了极限，理论预测改进约30%。
在中等闭合的针孔(如0.6 AU)，很大程度上提高了潜在的分辨率，而没有牺牲太多宝贵的发射。聚焦强度如图1中的绿线所示。它是由衍射积分所描述的光强分布的积分来计算的。针孔直径在1 AU左右时，总强度变化不大，因为1 AU只是衍射图的第一个零点的位置。您还可以从图1中了解到，大约90%的焦点光已经在1个AU处收集。针孔的进一步扩大对效率的影响很小，这也是推荐1 AU作为标准的原因。以直径为1.25为例，增长仅为2%。如果针孔在1 AU以上打开，测量的强度增加是由于收集不必要的额外聚焦光，这部分本来是要通过投资共聚焦显微镜去除的!
如上所述，真共焦成像的标准针孔直径设置为1 AU。性能较差的系统可能需要打开针孔，以接收足够的光子来产生良好的图像。为了保证最大的性能，共聚焦显微镜必须有最大的透射率。这是为了在徕卡共焦系列中实现一个光谱仪类型的探测器单元(SP检测器）和基于声光晶体的主分束器（国内企业)[8]．此外，混合动力传感器(HyD)的实施[9]光子收集效率最高，最低的黑暗信号确保亮相成像，甚至在针孔尺寸低于1 AU。
计算超分辨率
眼见为实[10似乎是在科学实验中进行公正观察的必然要求。然而，事实正好相反。当我们看到某样东西时，客观在我们的视线后面消失了。视网膜是被称为“大脑”的复杂而不可预知的计算机的一部分，它已经对传入的光信号进行了空间和时间计算。在我们意识中形成的图像是我们必须相信的东西。如果我们想知道，我们需要测量。
出于这个原因，在显微镜上的古董书籍中的旧雕刻看起来非常好，艺术性，但通过显微镜的感知和艺术家的能力严重修改。在发明摄影时获得了更现实的图片。但在这里，古典湿照相艺术中也开发了许多技术，以提高某些细节的可见性并降低他人的可见性。
通过电子管进行电子成像，第一次可以直接修改记录的图像。视频显微镜可以看到以前看不到的细节，虽然不是通过提高分辨率，而是通过对比度。如果物体非常小且没有被解决，它们只会在明亮的背景中产生微小的变化。通过增加视频系统的放大，并将基线设置为适当的值，这些微小的干扰可以被显示出来。然而，低于衍射极限的物体将显示为衍射图案——它们的大小和形状由衍射决定。
这是否意味着在图像数据被记录之后就没有机会提高分辨率了?简单的对比度和亮度控制不能做到这一点。但还有更复杂的操作可以。这种“图像恢复”背后的理念[11]很简单。从样品中发出的光是以显微镜中的光学元件的方式“卷积”。可以通过数学操作来描述卷积。因此，如果我们将该操作的倒数应用于记录的图像数据，我们可以希望接收更接近对象平面中原始强度分布的结果。
事实上，通过这种方法，可以将轴向和横向分辨率提高大约两倍[12]．反褶积不仅提高了分辨率，而且降低了噪声，从而提高了信噪比。由于计算总是需要一定的时间，因此需要使用适当的软件(如CUDA)来实现高速的GPU阵列，即使是对大型数据集进行高端的数学处理。
聚在一起
只有使用非线性表现分子仅可以使用无限超分辨率。在明亮和黑暗状态之间切换的分子[13]．这种体制下的两种选择是标准型显微镜和定位显微镜。然而发生的真正的是一种不需要图像计算以提供无限超分辨率的方法本地化方法是高度计算的。
得到的图像甚至不是强度图，而是发射体的空间图。提供有限的超分辨率的技术，例如结构照明或光学像素重排(图像扫描)，使用的图像集通过计算得到一个改进的图像。因此，光学方法与数学应用的结合[14不是例外，而是规律。
徕卡TCS.SP8与HyVolution将高效共聚焦显微镜和专业的、久经考验的反褶积软件与高性能计算硬件相结合。这种组合对散射物体的分辨率有好处［14］和荧光物体［15］。与基于PSF的真实碎屑的共聚焦超分辨率制度在共聚焦超分辨率状态下的组合允许高速多色成像，该分辨率降至140nm（图2）。
阅读更多关于基于DNA折簇的纳米仪：《用2D和3D纳米尺量化徕卡SR GSD 3D定位显微镜系统的分辨率》
参考文献
- Abbe Ek：BeiträgeZur Theorie des Mikroskops Und der Mikroskopischen Wahrnehmung。ArchivFürMikroskopischeAnatomie 9（1）413-468,1873
- 劳特巴赫:发现，定义和打破衍射障碍的显微镜-一个历史的观点。2012年Nanoscopy 1:8
- 瑞利(Strutt JW):光学成像理论，特别是显微镜。4 (255): 167 - 195,1879
- 关于光谱分辨能力。天体物理学杂志，1916年44:76。
- 休斯顿，WV：一种用于精细结构工作的复合干涉仪。物理评论，29（3）。PP。478-484，1927http://web.media.mit.edu/~minsky/papers/ConfocalMemoir.html
- 共聚焦扫描显微镜的发明，第10卷，第128-138页，1988
- http://web.media.mit.edu/~minsky/papers/ConfocalMemoir.html李国强:《共聚焦显微术的光学研究》，载《共聚焦显微术》第三章，北京:科学出版社，1990
- Borlinghaus RT:白色共焦，欧洲物理杂志。127:131 (2012)
- Borlinghaus RT, Birk H and Schreiber F: detector for Sensitive Detection: HyD in Current Microscopy Contributions to advance in Science and Technology (A. Méndez-Vilas, Ed.) Formatex (2012)
- Parœmiologia anglo - latin, Clarke J.(编辑)，伦敦，1639
- 科学体积成像:图像恢复与图像增强，2016年1月19日检索
- 科学体积成像：惠更斯毁查可以预期大大分辨率改善？，2015年11月16日检索
- 地狱SW，Dyba M和Jakobs S：荧光显微镜中纳米级分辨率的概念。CurrOgin Neurobiol 2004,14：599-609
- Schrader M，地狱＆van der Voort HTM：共聚焦显微镜在50-100nm范围内解析的潜力。苹果。物理。吧。69（24），PP。3644-3646。（1996）
- DiaSpro A，Annunziata S＆Robello M：使用实验点扩散功能和图像恢复的子分辨率稀疏对象的单针孔共焦成像和图像恢复，Micr。res.and技术。51，PP 464-468（2000）