[科普中国]-显微摄影

发展历程

显微摄影是一门借助显微镜拍摄“肉眼直接看不到的东西”的技术。19世纪中期以前，没有摄影术的帮助，科学家只能不辞辛苦地将他们看到的东西通过绘图记录下来。其中最引人瞩目的是罗伯特·胡克，他于1665 年发表《显微术》一书，内有不少精确而美丽的素描，描绘了肉眼从来没有看到过的显微镜观察结果，如蜜蜂刺器官的形状、跳蚤和虱子的解剖图、羽毛的结构以及霉菌的形成等。显微摄影器材在相机发明后不久问世，由德国人威廉姆凯瑞发明，在认识世界、认识美的过程中，显微摄影发挥了不容小觑的力量。与传统摄影相同，显微摄影也利用了光学成像原理，通过光的直线传播性质和光的折射与反射规律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息量，以能量方式经照相镜头传递给感光材料，最终成为可视的影像。显微摄影一直紧随传统摄影的轨迹发展，从最初的胶片相机到数码相机，显微摄影技术也进行了一次华丽的变身。拍摄的样品从蚂蚁、蜜蜂等生物的细微结构到染色切片、活细胞，再到荧光下的亚细胞结构;成像作品也从胶片升级到电子照片，再到视频录像。显微镜下的观察越来越清晰，拍摄到的图片越来越夺目。

主要作用显微摄影看似与人们的生活相距甚远，其实它广泛应用于生物医学领域的各个学科当中，在真实记录科学家们观察、研究各种生物组织、微细结构等方面起着至关重要的作用，为守护美丽生命贡献着巨大的力量。根据世界卫生组织数据显示，预计到2020年前，全球癌症发病率将增加50%，即每年将新增1500万个癌症患者。不仅如此，全球有20%的新发癌症病人在中国，癌症呈现年轻化、发病率和死亡率“三线”走高的趋势。在癌症治疗中，药物治疗是一个很重要的环节，有效抗癌药物的使用，可以帮助患者获得更长的生存时间。显微摄影在检测抗癌药物治疗效果方面“大有作为”，利用显微摄影拍摄下来治疗药物与癌细胞的“斗争”过程，可以帮助研究者有效分析疾病的发展变化和药物的治疗效果，为确定新的治疗方案提供可靠支持。

除了疾病防治之外，显微摄影对病理的探索也很有帮助。比如在研究血栓形成的时候，就可利用显微摄影技术拍摄血小板凝结成血栓的动态过程，生动且立体地感知疾病的变化。随着科学技术的发展，显微摄影能够纵向延伸人们的视野，不断探寻人类的奥秘，助力守护人们的生命安全。2。

实际操作选择相机，入门就好在使用相机拍摄显微图片时，需要与显微镜或者显微镜头连接，连接方式有两种，第一种叫做目镜后摄影，就是用相机镜头对准目镜中的画面进行拍摄。这种拍摄方式要求相机镜头小巧，一般来说手机、卡片机适用于这种拍摄，特别适用于IXUS系列之类的带有变焦的卡片机使用。拍摄方法很简单，先在显微镜中看到清晰的画面，然后将相机镜头对准显微镜目镜，用自动模式，自动对焦即可。因为镜头结构的原因，有时需要上下调整相机的位置，直至画面大而清晰时，就可以按动快门进行拍摄。如果光线较暗，就可以自己做一个套筒，或者用三脚架进行固定，满足较慢快门的拍摄。

如果使用单反、微单之类的可换镜头相机，我们可以采用第二种方法，叫做直焦摄影法，直接将相机的镜头拆除，显微镜的目镜取下，然后通过一个简单的装置将相机和显微镜连接在一起（这个装置很容易买到，比如佳能相机就采用显微镜转EOS口即可），一般的显微镜只支持APS画幅的相机，如果用全画幅相机拍摄，会出现一个很大的黑圈，只有少数的显微镜可以支持全画幅相机（通常是因为内部有扩束光路），所以用APS相机就足以应对绝大部分题材。

按下快门，需要等待如果说日常摄影是一种快门摄影，那么显微摄影大多数情况下是慢门摄影，因为何显微镜进行了连接，相机得以固定妥当，不用再考虑手抖的问题，因此可以放心降低ISO来获得高画质。例如使用佳能600D进行拍摄，大多数情况下的拍摄参数是这样：M挡拍摄，ISO100，快门速度2秒，或者5秒。为何选择2秒到5秒这样一个时间呢？首先，虽然相机已经足够稳定，但反光板和快门的震动，以及按下快门时的力道，都会对稳定程度造成影响，成像容易出重影。当然，使用快门线加反光板预升，是可以部分解决这个问题，但快门的运动依然会产生抖动，好在这个抖动并不剧烈，而且会很快衰减，因此适当延长快门时间，会抵消掉抖动的影响。不过，过长时间的曝光是会带来暗流噪声的，所以曝光时间也不宜过长。

显微镜与相机相连接，显微镜的物镜充当了相机的镜头，而大多数显微镜头是不带光圈结构的，这是因为显微镜物镜的最大光圈就是分辨率最佳的，使用光圈会降低成像分辨率。因此光圈是一个固定数值，而且需要换算参数才能得到，所以我们在拍摄时可以忽略光圈的影像，而是多拍摄几张，试出一个合适的曝光参数。

一张不行，多拍几张显微摄影是科学摄影的一种，它的拍摄策略与普通摄影不同，甚至与微距摄影也迥异。很多显微摄影作品不单单只靠一张照片拍出来的，有可能是多张照片的联合。比如，有些亮度很低的目标，需要的曝光时间很长，带来了大量噪点，画质受到了很大损失，因此采用多张连续拍摄，叠加降噪的方式可以大大提高画质，类似的方法还有暗场扣除法等。

显微摄影由于倍数高，拍摄照片的景深很小，即便收缩光阑，景深的增大也很有限，反而由于衍射定律的限制，降低了图像的分辨率。因此对于大景深拍摄，多采用焦点堆叠技术，也就是从上至下依次拍摄，后期通过软件，将清晰的部分叠合起来，形成一张全景深图片。这些技术都是在普通摄影中极少用到的。

空气中细小的霾颗粒到底是什么样子呢？由显微镜1000倍（目视）拍摄，有复合体，有生物颗粒，有矿物质的，形状各异，看上去触目惊心

光线变化，超乎想象显微摄影的光线运用也比普通摄影复杂很多，明堂五花八门。比如暗场效果的拍摄，使用专用的暗场聚光镜，利用丁达尔散射效应，可以拍出背景漆黑，主体明亮的效果，而且分辨率比一般的显微拍摄还要高。偏振光拍摄是专门拍摄晶体的一门技术，利用两枚偏振片正交，这样就将拍摄晶体的折射特性凸显出来，营造出五彩缤纷的色彩。对于摄影者，会体会到这种神奇的效果，对于研究者，可以利用这些颜色从事分析工作。

高倍的显微摄影存在着高分辨与高反差不能兼得的问题，利用光线的技术，可以达到分辨率和反差相对双高的效果。常见的有相差、霍夫曼干涉、微分干涉等方法，其中相差法利用利用环形的结构实现较低分辨率的高反差，拍摄物体的边缘极为分明，而且能将透明物体内部的模糊影像清晰呈现。微分干涉是在较高分辨率部分实现高反差，拍摄出来的物体有立体浮雕效果，细节变得更为显著。

而普通摄影中的一些光线运用，也可以在显微摄影中得到体现，比如斜射光照明、多色照明，特别是柔光技术运用在显微摄影中后，可以将高反光物体的细节展示清晰，正因为这些技术的应用，让显微摄影的效果不断刷新，达到一个又一个新的高度。3

功能区别虽然显微摄影也有“摄影”二字，但其实它与传统摄影还是有很大的差别。显微摄影的拍摄光源很独特，传统摄影一般是利用自然光源或者人工光源，比如聚光灯、白炽灯等，而显微镜在机身内部需要使用激光、汞灯、卤素灯、LED灯等光源拍摄，对光源的要求更加严格。第二个不同是拍摄方法，以往人们在拍照片时，只需按下快门即可成像，而现代的显微摄影受益于电子感光元件和计算机技术的飞速发展，不是在显微镜的机身上控制拍摄，而是通过软件在电脑上完成拍照过程。

此外，与传统摄影的光学镜头有所不同，显微摄影的镜头是由若干个透镜组合而成的专业物镜，可以将被摄物体放大，观察微观的对象。除了软件、硬件上的种种差别外，在作品评判标准方面，显微摄影也是“独树一帜”。现代人拍照时往往追求“完美”，相机自带的滤镜功能、后期的修图软件轮番上阵，缺一不可。显微摄影刚好与之相反，追求百分之百的还原真实，不管是被摄物体的形态、数量、还是颜色，都力求“原汁原味”地呈现，过度修饰是作品评判时的致命硬伤。但是，这并不代表显微摄影作品就不考虑美观，拍摄者可以通过前期对标本染色来丰富画面的色彩，在分享微观世界的同时，将科学与艺术完美结合。