የሲግናል-ወደ-ጫጫታ ሬሾ በሳይንሳዊ ካሜራዎች፡ ለምን ወሳኝ ነው |

በሳይንሳዊ ምርምር ውስጥ ትክክለኛ እና አስተማማኝ ምስሎችን ስለመቅረጽ፣የእርስዎ ውሂብ ጥራት ከመፍታት ወይም ከሴንሰሮች መጠን በላይ ይወሰናል። በጣም አስፈላጊ ከሆኑት አንዱ-ነገር ግን አንዳንድ ጊዜ ችላ ከተባለው-መለኪያዎች የሲግናል-ወደ-ጫጫታ ሬሾ (SNR) ነው። በኢሜጂንግ ሲስተሞች፣ SNR ትክክለኛውን ምልክት (ጠቃሚ መረጃ) እና ያልተፈለገ ድምጽ ምን ያህል መለየት እንደሚችሉ ይወስናል።

እንደ ማይክሮስኮፒ፣ አስትሮኖሚ እና ስፔክትሮስኮፒ ባሉ ሳይንሳዊ ኢሜጂንግ አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ ደካማ SNR ደካማ ኢላማን በማወቅ እና ሙሉ በሙሉ በማጣት መካከል ያለውን ልዩነት ሊያመለክት ይችላል። ይህ መጣጥፍ SNR እንዴት እንደሚገለፅ፣ ለምን እንደሚያስፈልግ፣ ንፅፅርን እንዴት እንደሚጎዳ፣ እና በዚህ ወሳኝ ልኬት ላይ በመመስረት ሳይንሳዊ ካሜራ እንዴት እንደሚመረጥ እና እንደሚያሻሽል ያብራራል።

ሲግናል-ወደ-ጫጫታ ሬሾ ምንድን ነው እና እንዴት ይገለጻል?

የጫጫታ ሬሾ (ሲግናል ቱ ኖዝ ሬሾ) በጣም አስፈላጊው የምስል ጥራት መለኪያ ነው፣ በምስል ንፅፅር መሰረታዊ እና ብዙ ጊዜ ካሜራ ለመተግበሪያዎ ስሜታዊነት ያለው መሆኑን ለመወሰን በጣም ጠቃሚው ነው።

የካሜራ ትብነትን ለማሻሻል የሚደረጉ ሙከራዎች የተሰበሰበውን ምልክት በማሻሻል ላይ ያተኩራሉ፡

● በኳንተም ቅልጥፍና በማሻሻያ ወይም በፒክሰል መጠን መጨመር
● በካሜራ ላይ የተመሰረቱ የድምፅ ምንጮችን መቀነስ

የድምጽ ምንጮች አንድ ላይ ይደምራሉ፣ ነገር ግን እንደ ሁኔታው አንድ ሰው ሊቆጣጠረው ይችላል፣ እና SNRን ለማሻሻል በሚሞከርበት ጊዜ ላይ ማተኮር አለበት - ወይም ቅንብሮችን በማመቻቸት ወይም በማዋቀር ወይም ወደ ተሻለ የብርሃን ምንጮች፣ ኦፕቲክስ እና ካሜራዎች በማሻሻል።

ምስሎችን ከአንድ ሲግናል ወደ ጫጫታ ሬሾን መግለፅ የተለመደ ነው፣ ለምሳሌ ምስል የ'15' SNR አለው ማለት ነው። ሆኖም፣ ከስሙ በግልጽ እንደሚታየው፣ የሲግናል-ወደ-ጫጫታ ጥምርታ በምልክቱ ላይ የተመሰረተ ነው፣ ይህም ለእያንዳንዱ ፒክሰል የተለየ ይሆናል። ይህ ነው የእኛን ምስል የሚሰጠን.

የምስሉ SNR በተለምዶ በምስሉ ውስጥ ያለውን ከፍተኛ የፍላጎት ምልክት SNR ያመለክታል። ለምሳሌ፣ በጨለማ ዳራ ላይ ካሉት የፍሎረሰንት ሴሎች ምስል SNR በሴሉ ውስጥ ካለው የፍላጎት አወቃቀር ፒክሰሎች ከፍተኛውን የሲግናል መጠን ይጠቀማል።

ለምሳሌ ለጠቅላላው ምስል SNR አማካኝ ዋጋ መውሰድ ተወካይ አይደለም። እንደ ፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ ባሉ ቴክኒኮች ውስጥ ዜሮ የተገኘ ፎቶን ያለው ጥቁር ዳራ የተለመደ ሊሆን ይችላል፣ እነዚህ ዜሮ ሲግናል ፒክስሎች የዜሮ SNR አላቸው። ስለዚህ፣ በምስሉ ላይ ያለው ማንኛውም አማካኝ ምን ያህል የጀርባ ፒክሰሎች እንደሚታዩ ይወሰናል።

ለምን SNR ለሳይንሳዊ ካሜራዎች አስፈላጊ ነው

በሳይንሳዊ ኢሜጂንግ፣ SNR እርስዎ ደካማ ዝርዝሮችን እንዴት በትክክል እንደሚለዩ፣ መጠናዊ መረጃዎችን እንደሚለኩ እና ውጤቶችን ማባዛት እንደሚችሉ በቀጥታ ይነካል።

●የምስል ግልጽነት- ከፍ ያለ SNR ጥራጥሬን ይቀንሳል እና ጥሩ አወቃቀሮችን እንዲታዩ ያደርጋል.

●የውሂብ ትክክለኛነት- በጥንካሬ ላይ በተመሰረቱ ሙከራዎች ውስጥ የመለኪያ ስህተቶችን ይቀንሳል።

●ዝቅተኛ-ብርሃን አፈጻጸም- የፎቶን ብዛት በተፈጥሮ ዝቅተኛ በሆነበት ለፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ፣ ጥልቅ የሰማይ አስትሮፖቶግራፊ እና ስፔክትሮስኮፒ አስፈላጊ ነው።

እየተጠቀሙ እንደሆነ ሀsCMOS ካሜራለከፍተኛ ፍጥነት ኢሜጂንግ ወይም የቀዘቀዘ ሲሲዲ ለረጅም ጊዜ ተጋላጭ ለሆኑ መተግበሪያዎች፣ SNRን መረዳቱ የአፈጻጸም ግብይቶችን ሚዛን ለመጠበቅ ይረዳዎታል።

SNR የምስል ንፅፅርን እንዴት እንደሚነካ

ንፅፅር በብርሃን ቦታዎች እና በምስል ጨለማ ቦታዎች መካከል ያለው አንጻራዊ ልዩነት ነው። ለብዙ አፕሊኬሽኖች፣ በፍላጎት አካባቢዎች ውስጥ ጥሩ የምስል ንፅፅር የመጨረሻው የመጨረሻ ግብ ነው።

የምስል ንፅፅር ዋና ዋና ምክንያቶች እንደ የሌንስ ጥራት እና የበስተጀርባ ብርሃን መጠን በምስል ርእሰ-ጉዳይ ፣ የእይታ ስርዓት እና የምስል ሁኔታዎች ውስጥ ብዙ ምክንያቶች አሉ።

●ከፍተኛ SNR→ በደማቅ እና ጥቁር ክልሎች መካከል ልዩ መለያየት; ጠርዞች ጥርት ብለው ይታያሉ; ስውር ዝርዝሮች አሁንም ይታያሉ።

●ዝቅተኛ SNR→ በጩኸት ምክንያት ጨለማ ቦታዎች የበለጠ ብሩህ ይሆናሉ፣ ደመቅ ያሉ ቦታዎች እየደበዘዙ ይሄዳሉ፣ እና አጠቃላይ የምስል ንፅፅር ጠፍጣፋ ይሆናል።

ለምሳሌ፣ በፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ፣ ዝቅተኛ SNR ደካማ የፍሎረሰንት ናሙና ከበስተጀርባ እንዲዋሃድ ሊያደርግ ይችላል፣ ይህም የቁጥር ትንተና አስተማማኝ አይደለም። በሥነ ፈለክ ጥናት፣ ደካማ ኮከቦች ወይም ጋላክሲዎች ጫጫታ ባለው መረጃ ውስጥ ሙሉ በሙሉ ሊጠፉ ይችላሉ።

ነገር ግን፣ በካሜራው ውስጥም ምክንያቶችም አሉ - ዋናው ነገር የጩኸት ሬሾ ሲግናል ነው። በተጨማሪም ፣ እና በተለይም በዝቅተኛ ብርሃን ፣ የምስል ጥንካሬን ማቃለል ፣ ምስሉ በተቆጣጣሪው ላይ እንዴት እንደሚታይ ፣ በሚታወቀው የምስል ንፅፅር ውስጥ ትልቅ ሚና ይጫወታል። በምስሉ ጨለማ ቦታዎች ላይ ከፍተኛ ጫጫታ ባለበት፣ የአውቶ ምስል ማዛመጃ ስልተ ቀመሮች ዝቅተኛ ወሰን ዝቅተኛ ዋጋ ባላቸው ጫጫታ ፒክሰሎች እንዲዋቀር ሊደረግ ይችላል፣ ከፍተኛ ወሰን ደግሞ በከፍተኛ ሲግናል ፒክስሎች ጫጫታ ይጨምራል። ይህ ዝቅተኛ-SNR ምስሎች 'ታጠበ-ውጭ' ግራጫ መልክ ምክንያት ነው. የታችኛውን ገደብ ወደ ካሜራ ማካካሻ በማዘጋጀት የተሻለ ንፅፅር ማግኘት ይቻላል።

በሳይንሳዊ ካሜራዎች ውስጥ SNR ላይ ተጽዕኖ የሚያሳድሩ ምክንያቶች

በርካታ የንድፍ እና የአሠራር መለኪያዎች በካሜራ ስርዓት SNR ላይ ተጽዕኖ ያሳድራሉ፡

ዳሳሽ ቴክኖሎጂ

● sCMOS - ዝቅተኛ የተነበበ ጫጫታ እና ከፍተኛ የፍሬም መጠኖችን ያጣምራል፣ ለተለዋዋጭ ምስል ተስማሚ።

● ሲሲዲ - ከታሪክ አኳያ ለረጅም ጊዜ ተጋላጭነት ዝቅተኛ ድምጽ ይሰጣል፣ ግን ከዘመናዊ የCMOS ዲዛይኖች ቀርፋፋ።

● EMCCD - ደካማ ምልክቶችን ለመጨመር በቺፕ ላይ ማጉላትን ይጠቀማል፣ ነገር ግን የሚባዛ ድምጽን ማስተዋወቅ ይችላል።

የፒክሰል መጠን እና ሙላ ምክንያት

ትላልቅ ፒክስሎች ብዙ ፎቶኖችን ይሰበስባሉ, ምልክቱን ይጨምራሉ እና በዚህም SNR.

የኳንተም ብቃት (QE)

ከፍ ያለ QE ማለት ብዙ የሚመጡ ፎቶኖች ወደ ኤሌክትሮኖች ይለወጣሉ፣ SNRን ያሻሽላል።

የተጋላጭነት ጊዜ

ረዘም ላለ ጊዜ ተጋላጭነት ብዙ ፎቶኖች ይሰበስባል፣ ምልክቱን ይጨምራል፣ ነገር ግን የጨለማውን የአሁኑን ድምጽ ሊጨምር ይችላል።

የማቀዝቀዣ ስርዓቶች

ማቀዝቀዝ የጨለማውን ፍሰት ይቀንሳል, ለረጅም ጊዜ ተጋላጭነት SNR በከፍተኛ ሁኔታ ያሻሽላል.

ኦፕቲክስ እና ማብራት

ከፍተኛ ጥራት ያላቸው ሌንሶች እና የተረጋጋ ማብራት የሲግናል ቀረጻን ከፍ ያደርጋሉ እና ተለዋዋጭነትን ይቀንሳሉ.

የተለያዩ የፒክ SNR እሴቶች ምሳሌዎች

በምስል ላይ፣ PSNR ብዙውን ጊዜ የሚያመለክተው ከፒክሰል ሙሌት አንፃር ከፍተኛውን የንድፈ ሃሳብ ደረጃ ነው። በምስል ጉዳዮች፣ በምስል ሁኔታዎች እና በካሜራ ቴክኖሎጂ ላይ ልዩነቶች ቢኖሩም፣ ለተለመደው ሳይንሳዊ ካሜራዎች፣ ተመሳሳይ የምልክት-ወደ-ጫጫታ ጥምርታ ያላቸው ምስሎች ተመሳሳይነት ሊኖራቸው ይችላል። የ'ጥራጥሬነት' ደረጃ፣ የፍሬም ወደ ፍሬም ልዩነት፣ እና በተወሰነ ደረጃ ንፅፅር፣ ሁሉም በእነዚህ የተለያዩ ሁኔታዎች ላይ ተመሳሳይ ሊሆኑ ይችላሉ። ስለዚህ, የ SNR እሴቶችን እና የተለያዩ ሁኔታዎችን እና ተግዳሮቶችን ከሚወክሉ ምስሎች መረዳት ይቻላል, ለምሳሌ በሠንጠረዥ ውስጥ እንደሚታየው.

የምሳሌ ምስሎች በተለያዩ (ከፍተኛ) ወደ የድምጽ ሬሾ እሴቶች ምልክት

ማስታወሻ: ለእያንዳንዱ ረድፍ በፎቶኤሌክትሮኖች ውስጥ ከፍተኛ የሲግናል እሴቶች በሰማያዊ ተሰጥተዋል። ሁሉም ምስሎች የሚታዩት በራስ ሂስቶግራም ልኬታ ነው፣ (ሳቹሬትስ) 0.35% በጣም ደማቅ እና ጥቁር ፒክስሎችን ችላ በማለት። ግራ ሁለት የምስል አምዶች፡- የምስል ሙከራ ዒላማ በሌንስ ላይ የተመሰረተ ምስል። የቀኝ አራት ዓምዶች፡ አስካሪስ በ10x ማይክሮስኮፕ ዓላማ በፍሎረሰንስ ተይዟል። በዝቅተኛ SNR ላይ ያሉ የክፈፍ-ወደ-ፍሬም ልዩነቶችን በፒክሰል ዋጋዎች ለማሳየት ሶስት ተከታታይ ክፈፎች ቀርበዋል።

በሌንስ ላይ የተመሰረተ የሙከራ ዒላማ ምስል፣ ከፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ ምስል ጋር ሁለቱም ይታያሉ፣ የፍሎረሰንት ምስል አጉላ እይታ በ3 ተከታታይ ክፈፎች ውስጥ ያለውን ልዩነት ያሳያል። በእያንዳንዱ የሲግናል ደረጃ ከፍተኛው የፎቶ-ኤሌክትሮን ቆጠራም ተሰጥቷል።

የሚከተለው ምስል የእነዚህን ምሳሌ ምስሎች ሙሉ ስሪቶች ለማጣቀሻ ያሳያል።

ሙሉ መጠን ያላቸው ምስሎች ለምልክት ወደ ጫጫታ ጥምርታ ምሳሌዎች ሠንጠረዥ

ሙሉ መጠን ያላቸው ምስሎች ለሲግናል-ወደ-ጫጫታ ጥምርታ ምሳሌዎች ሠንጠረዥ

ግራየምስል ሙከራ ኢላማ በሌንስ ፎቶግራፍ ተነስቷል።

ቀኝ: በ 10x ማጉላት የታየ የአስካሪስ ኔማቶድ ትል ክፍል ናሙና በፍሎረሰንት ማይክሮስኮፒ።

SNR በመተግበሪያዎች ውስጥ

SNR በተለያዩ መስኮች ተልዕኮ-ወሳኝ ነው፡-

● ማይክሮስኮፒ - በባዮሎጂካል ናሙናዎች ውስጥ ደካማ ፍሎረሰንት መለየት የውሸት አሉታዊ ነገሮችን ለማስወገድ ከፍተኛ SNR ያስፈልገዋል።

● አስትሮኖሚ - የሩቅ ጋላክሲዎችን ወይም ኤክሶፕላኔቶችን መለየት በትንሹ ጫጫታ ረጅም መጋለጥን ይጠይቃል።

● Spectroscopy - ከፍተኛ SNR በኬሚካላዊ ትንተና ውስጥ ትክክለኛ የከፍተኛ መጠን መለኪያዎችን ያረጋግጣል።

● የኢንዱስትሪ ቁጥጥር - በዝቅተኛ ብርሃን የመሰብሰቢያ መስመሮች ውስጥ, ከፍተኛ SNR ጉድለቶችን በአስተማማኝ ሁኔታ ለመለየት ይረዳል.

ከትክክለኛው SNR ጋር ሳይንሳዊ ካሜራ መምረጥ

አዲስ ሳይንሳዊ ካሜራ ሲገመገም፡-

●የ SNR ዝርዝሮችን ያረጋግጡ- ከመተግበሪያዎ ጋር በሚመሳሰሉ ሁኔታዎች የዲቢ እሴቶችን ያወዳድሩ።

●ሌሎች መለኪያዎችን ማመጣጠን– የኳንተም ቅልጥፍናን፣ ተለዋዋጭ ክልልን እና የፍሬም ፍጥነትን አስቡበት።

●መያዣን ለመጠቀም ተዛማጅ ቴክኖሎጂ- ለከፍተኛ ፍጥነት ተለዋዋጭ ትዕይንቶች, የ sCMOS ካሜራ ተስማሚ ሊሆን ይችላል; እጅግ በጣም ዝቅተኛ ብርሃን ላላቸው የማይንቀሳቀሱ ጉዳዮች፣ የቀዘቀዘ CCD ወይም EMCCD በተሻለ ሁኔታ ሊሰራ ይችላል።

●ለስራ ፍሰት ውጤታማነት ግንኙነት- SNRን በቀጥታ ባይነኩም፣ እንደ HDMI ውፅዓት ያሉ ባህሪያት ቅጽበታዊ የምስል ግምገማን ሊያነቃቁ ይችላሉ፣ ይህም የማግኛ ቅንብሮችዎ የሚፈለገውን SNR ማሳካታቸውን በፍጥነት እንዲያረጋግጡ ያግዝዎታል።

ማጠቃለያ

የሲግናል-ወደ-ጫጫታ ሬሾ (SNR) የሳይንሳዊ ምስሎችን ግልጽነት እና አስተማማኝነት በቀጥታ የሚነካ ቁልፍ የአፈጻጸም መለኪያ ነው። SNR እንዴት እንደሚገለጽ፣ በእሱ ላይ ተጽእኖ የሚያሳድሩትን ነገሮች እና የተለያዩ የ SNR እሴቶችን አንድምታ መረዳት ተመራማሪዎች እና ቴክኒካል ተጠቃሚዎች የኢሜጂንግ ሲስተሞችን በብቃት እንዲገመግሙ ያስችላቸዋል። ይህንን እውቀት በመተግበር - አዲስ በመምረጥ ላይሳይንሳዊ ካሜራወይም ነባር ማዋቀርን ማመቻቸት-የእርስዎ የምስል ስራ ፍሰት ለተወሰነ መተግበሪያዎ በሚያስፈልገው የትክክለኛነት ደረጃ ውሂብ መያዙን ማረጋገጥ ይችላሉ።

የሚጠየቁ ጥያቄዎች

ለሳይንሳዊ ካሜራዎች እንደ "ጥሩ" SNR ምን ይቆጠራል?

ትክክለኛው SNR በመተግበሪያው ላይ የተመሰረተ ነው. ለከፍተኛ ፍላጎት፣ መጠናዊ ስራ -እንደ ፍሎረሰንስ ማይክሮስኮፒ ወይም አስትሮኖሚ - SNR ከ40 ዲቢቢ በላይ በአጠቃላይ ይመከራል። ለአጠቃላይ የላቦራቶሪ አጠቃቀም ወይም የኢንዱስትሪ ቁጥጥር, 35-40 dB በቂ ሊሆን ይችላል. ከ 30 ዲባቢ በታች የሆነ ማንኛውም ነገር በተለምዶ የሚታይ እህል ያሳያል እና ትክክለኛነትን ሊያሳጣ ይችላል, በተለይም በዝቅተኛ ንፅፅር ሁኔታዎች.

የኳንተም ብቃት (QE) SNR ላይ ምን ተጽዕኖ ያሳድራል?

የኳንተም ቅልጥፍና አንድ ሴንሰር ገቢ ፎቶኖችን ወደ ኤሌክትሮኖች እንዴት እንደሚቀይር ይለካል። ከፍ ያለ QE ማለት ብዙ ያለው ብርሃን እንደ ምልክት ተይዟል፣ በ SNR እኩልታ ውስጥ ያለውን አሃዛዊ ያሳድጋል ማለት ነው። ይህ በተለይ በዝቅተኛ ብርሃን ሁኔታዎች ውስጥ በጣም አስፈላጊ ነው, እያንዳንዱ ፎቶን የሚቆጠርበት. ለምሳሌ፣ የ sCMOS ካሜራ የ 80% QE ያለው ዳሳሽ 50% QE ካለው ዳሳሽ ጋር ሲወዳደር በተመሳሳይ ሁኔታ ከፍ ያለ SNR ያገኛል፣ ምክንያቱም የበለጠ ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል ሲግናል ስለሚይዝ ብቻ።

በSNR እና በንፅፅር-ወደ-ጫጫታ (CNR) መካከል ያለው ልዩነት ምንድን ነው?

SNR አጠቃላይ የሲግናል ጥንካሬን ከድምጽ ጋር ሲለካ፣ CNR የሚያተኩረው የአንድ የተወሰነ ባህሪ ታይነት ከበስተጀርባው አንጻር ነው። በሳይንሳዊ ኢሜጂንግ፣ ሁለቱም አስፈላጊዎች ናቸው፡ SNR ምስሉ በአጠቃላይ እንዴት "ንፁህ" እንደሆነ ይነግርዎታል፣ CNR ደግሞ አንድ የተወሰነ የፍላጎት ነገር ለመለየት ወይም ለመለካት በቂ እንደሆነ ይወስናል።

የበለጠ መማር ይፈልጋሉ? ተዛማጅ መጣጥፎችን ይመልከቱ፡-
የኳንተም ቅልጥፍና በሳይንሳዊ ካሜራዎች፡ የጀማሪ መመሪያ

ቱሴን ፎኒክስ ኩባንያ፣ ሊሚትድ መብቱ በህግ የተጠበቀ ነው። ሲጠቅሱ፣ እባክዎን ምንጩን እውቅና ይስጡ፡-www.tucsen.com