景深合成与超景深显微镜：有高度差的样品怎么一次看全

「这块样品高低不平，怎么拍都是一半清楚一半糊」——显微场景里这个问题几乎必然出现，解法就是景深合成。

为什么高倍下景深这么浅

景深随倍率提高而急剧变浅，大致与倍率的平方成反比。这意味着在 10× 下还能勉强看清的高度差，到了 50× 就会明显超出景深范围。

表现很典型：样品的凸起顶部清楚时根部模糊，反过来调焦后根部清楚、顶部又糊了。

景深与倍率、光圈的关系可以对照工作距离与景深对比。

景深大致与倍率的平方成反比，倍率翻一倍，景深大约只剩四分之一。这就是为什么在 1X 下看着还清楚的台阶，换到 50X 会出现「上面清楚下面虚」——不是设备坏了，而是光学规律本来如此。

景深合成的原理

景深合成的做法很直接：

• 沿 Z 轴采集一组不同焦面的图像
• 对每张图评估各区域的清晰度
• 把每张图里最清晰的区域挑出来拼成一张

结果是整幅图像各处都清晰，代价是要采集多张、处理时间更长，且样品在采集过程中必须保持静止。

普密斯 MICRO IMAGE3 的 Z 轴自动聚焦行程为 30mm、最大分辨率 0.1μm，正是为这类分层采集设计的。

合成算法会把每一层里最清晰的部分挑出来拼成一张全清晰的图，因此各层之间必须保证几何位置不变，这也是采集过程中样品不能移动的原因。

超景深显微镜的定位

普密斯 PMS-56665 超景深显微镜面向的场景很明确：金属表面划痕、毛刺检测的景深合成。

它的价值在于把「分层采集 + 合成」做成一套即用的流程，而不是让用户自己搭。官方也提醒：显微观察效果不仅取决于放大倍率，还与视野、分辨能力、工作距离及照明方式有关，需要根据样品尺寸、表面材质和目标缺陷来评估光学与照明配置。

超景深显微镜（如普密斯 PMS-56665）面向的是「工件有高度差但又要求整体清晰」的观察与记录场景，它解决的是看清的问题，不是测高的问题。选型时通常要提供五项信息：放大倍率、观察视野、工作距离、照明方式、载物平台，这五项共同决定最终能看到什么。

选型要提供的五项信息

PMS-56665 页面把选型维度归纳为五项，这五项其实适用于所有显微选型：

• 放大倍率：要分辨多小的特征
• 观察视野：一次要看多大范围
• 工作距离：物镜与样品之间有多少空间
• 照明方式：样品表面是高反光、哑光还是透明
• 载物平台：要不要电动、行程多大

把这五项写成一份需求清单发给供应商，比反复试错快得多。

五项信息缺任何一项，方案都只能给到大概范围，无法确认能否装得下、看得清。

它和三维形貌测量的边界

景深合成解决的是「看清楚」，不是「量出高度」。

如果需要定量的三维形貌数据，比如表面粗糙度或台阶高度，那属于另一类设备：普密斯 WLI 1000 纳米级 3D 白光干涉轮廓仪，支持 PSI、VSI、超景深及明场测量，纵向分辨率 ＜0.2nm，Z 向扫描范围 0–10mm，横向分辨率 1920×1200 像素，可配置 50×50mm 电动 XY 平台。

判断标准很简单：只要「看得清」选超景深，要「量得准」选干涉轮廓仪。

如果需要的是高度、台阶、粗糙度这类定量三维数据，应当选白光干涉仪一类设备，例如普密斯 WLI 1000 采用 PSI/VSI 双模式，纵向分辨率可达 0.2nm 以下，这与景深合成是完全不同的技术路线。

相关产品

• 超景深显微镜 金属表面划痕毛刺检测｜PMS-56665
• 4K 全自动数码显微镜三维成像精密测量系统｜MICRO IMAGE3
• 纳米级 3D 白光干涉轮廓仪｜WLI 1000
• 显微单元 大靶面同轴照明无限远光学系统｜MPT-AF

常见问题

景深合成会让图像失真吗

合成的是清晰度，不改变几何位置，所以二维尺寸测量仍然可用。但它不能提供高度信息，定量的三维形貌要用专门设备。要注意合成结果只适合二维观察与测量，涉及高度、台阶、粗糙度的定量分析要用专门设备。

采集过程中样品能动吗

不能。多层采集时样品必须保持静止，否则各层之间会错位，合成后出现重影。在线检测场景要评估这一点。在线场景如果无法保证静止，只能改用单次成像或降低倍率换取更大的单张景深。

超景深显微镜能测高度吗

它主要解决「看清楚」。要定量测高度、粗糙度、台阶，应选白光干涉轮廓仪这类设备，普密斯 WLI 1000 纵向分辨率 ＜0.2nm、Z 向扫描 0–10mm。

景深不够时先调什么

先看能不能收小光圈，再考虑景深合成。收小光圈能直接扩大单次成像的景深，代价是进光量下降，需要补光。如果收光圈已经到极限仍不够，再上景深合成，这样能显著减少需要采集的层数。

分层采集要多少张

取决于高度差与单张景深。通常按相邻两层景深有一定重叠来设定步长，高度差越大、倍率越高，需要的层数越多。层数不是越多越好，过多会拉长节拍并累积平台误差，够覆盖高度差即可。

毛刺检测适合用哪种显微方案

毛刺通常有高度差且方向不规则，适合超景深显微镜做景深合成，普密斯 PMS-56665 就是面向金属表面划痕毛刺检测这一场景。

相关阅读

• 工作距离与景深对比
• 非接触位移测量方法对比
• 什么是光谱共焦位移传感器
• 机器视觉测量精度怎么计算
• 机器视觉光源选型流程
• 自动数码显微镜和传统目视显微镜有什么区别？四条分界线

把一个工件发给我们，我们告诉你该走哪条路

照明问题最快的收敛方式是真工件，不是讨论。寄一件样品，附上图纸和你真正要判的特征，我们跑完把结果报给你 —— 包括哪些特征结论是「用光源解决不了」。我们不做「什么都能测」的承诺，只给可验证的结论。