By Takeo Ogama

研究人員和病理科醫師常常需要透過顯微鏡檢視各種不同樣本。舉個例子，病理學家使用不同顏色來分辨組織種類，細胞學家則根據柏氏染色(Papanicolaou stain)的顏色差異及型態來進行細胞分類。那麼，如何在顯微影像上重現人眼的彩色視覺呢？首先我們必須暸解一下人眼的彩色視覺以及顯微鏡拍照系統和螢幕的差異性。今天的部落格文章將探討人眼彩色視覺的運作機制並揭示OLYMPUS的照相系統如何將此項技術應用於顯微影像。

人眼的構造–為何我們在夜晚中無法辨色

人眼有兩種不同類型的細胞：桿狀細胞和錐狀細胞。桿狀細胞比錐狀細胞更加敏感，讓我們在夜晚能夠看到昏暗的光線。人眼的桿狀細胞比錐狀細胞大約多20倍，也許是因為我們的祖先必須在黑暗的夜晚中保持清醒以躲避天敵與搜尋食物。但由於桿狀細胞缺乏辨色能力，所以我們的眼睛在夜晚無法分辨顏色。
另一方面，錐狀細胞雖然對於光線的靈敏度較差，卻可以分辨不同顏色。
L型錐狀細胞：偵測較長波長的光(500–700nm)
M型錐狀細胞：偵測中程波長的光(450–630nm)
S型錐狀細胞：偵測較短波長的光(400–500nm)

視力的演化

脊椎動物的遠古祖先最初有四種類型的視錐細胞：分別感測紫外線(UV)，藍光，綠光和紅光。現今在魚類和鳥類的眼睛中仍舊可以看到如此寬的波長範圍。早期哺乳類的祖先主要為夜行性生活，辨色能力相對不重要，因此在演化的過程中逐漸失去了紫外線和綠色的錐狀細胞。而初期靈長類的祖先大約在3,000萬年前重新獲得了偵測綠色的錐狀細胞–“M型錐狀細胞”，一種由L型所突變產生的細胞，使我們再度演化出三種顏色的辨色能力。更好的色彩分辨率有助於我們祖先在白天收集營養價值更高的食物(紅色果實及綠色樹葉)。視力的演化造就了我們現今所能看到的顏色範圍，如下圖所示。

圖1 人眼的光譜靈敏度（已針對波峰進行了均一化）

模仿人眼所見的照相系統

另一方面，照相系統所常用的兩種感測元件：電荷耦合元件(CCD)或互補式金屬氧化物半導體(CMOS)，在其感光面都具有拜爾濾鏡(Bayer filter)，而不同類型的元件均有其獨特的光譜靈敏度。由於電腦螢幕每一個像素所呈現的光譜都是基於RGB信號，很難百分百忠實重現照相系統所拍到的顏色。因此OLYMPUS使用了特殊圖像處理技術，將您所看到的顏色還原於電腦螢幕上。

圖2 照相系統感測元件的光譜靈敏度

照相系統如何忠實呈現色彩還原

大多數相機感測元件的光譜靈敏度都超過700nm，這會使得圖像在紅外光下顯得偏紅。由於人眼看不到近紅外或紅外光，因此我們都會在相機感測元件前加上紅外光濾鏡。接者我們利用顯微影像專門處理技術將感測元件的信號轉換為圖像數據，在電腦螢幕上顯示如同在目鏡底下所見的彩色圖像（圖3）。說比做容易，因為我們必須了解顯微鏡的照明光譜和樣本的光譜特徵，以及各種染料，顏色，照相系統和電腦螢幕的不同特性。利用我們顯微鏡開發以及生物樣本觀察所獲得的知識，我們開發出OLYMPUS獨有的”顯微影像色彩還原技術”，這項技術讓我們能夠提供許多具有絕佳色彩還原能力的顯微照相系統。下次拍照前用用看我們的相機小幫手找出最適合您樣本的照相系統吧!

圖3 奧林巴斯的色彩再現技術人眼反應

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