2022/02/25يشير حجم بكسل الكاميرا إلى الأبعاد الفيزيائية (العرض والارتفاع) لكل بكسل على مستشعر الكاميرا، ويُقاس عادةً بالميكرومتر (ميكرومتر). وهو مواصفة أساسية تؤثر على حساسية الكاميرا وقدرتها على التقاط التفاصيل الدقيقة. مع ذلك، يلعب حجم بكسل الصورة (الناتج عن حجم بكسل المستشعر وتكبير النظام البصري) دورًا أكثر تأثيرًا في تحديد العديد من خصائص التصوير.
1. العلاقة بين حجم بكسل المستشعر وحجم بكسل الصورة
حجم بكسل المستشعر مقابل حجم بكسل الصورة:
حجم بكسل المستشعر هو الحجم الفعلي لبكسل واحد على المستشعر. أما حجم بكسل الصورة فيُحدد بقسمة حجم بكسل المستشعر على تكبير النظام.
يلعب تكبير النظام البصري (الذي يتم تحديده بواسطة المكونات البصرية مثل العدسات أو أهداف المجهر) دورًا حاسمًا في حجم بكسل الصورة الفعال.
تأثير الأنظمة البصرية:
أنظمة البؤرة الثابتة (مثل عدسات المجهر) مقابل الأنظمة القابلة للتركيز (مثل عدسات الكاميرا التقليدية):
في أنظمة المستوى البؤري الثابت، يرتبط حجم البكسل ارتباطًا مباشرًا بالتكبير، ويمكن للبكسلات الأكبر حجمًا أن تجمع المزيد من الضوء، مما يوفر حساسية أكبر.
في الأنظمة القابلة للتركيز، يمكن تعديل التكبير عن طريق تغيير المسافة إلى الهدف أو باستخدام عدسات التكبير، مما يؤدي بدوره إلى تغيير حجم بكسل الصورة الفعال.
2. الحساسية وحجم البكسل
بكسلات أكبر وحساسية أعلى:
تستطيع وحدات البكسل الأكبر حجماً جمع المزيد من الضوء، مما يحسن حساسية الكاميرا، خاصة في ظروف الإضاءة المنخفضة.
التشبيه: البكسلات الأكبر حجماً تشبه الدلو مقارنة بالكوب لجمع مياه الأمطار - فالمساحة الأكبر تجمع المزيد من الفوتونات، مما يزيد من الحساسية.
على سبيل المثال، إذا تضاعف حجم البكسل في كل من الاتجاهين X و Y، فإن مساحة البكسل تزداد أربع مرات، مما يعني أنه يمكنه جمع أربعة أضعاف عدد الفوتونات.
فوائد التصوير في الإضاءة المنخفضة:
يؤدي زيادة حجم البكسل إلى تحسين قدرة الكاميرا بشكل كبير على التقاط إشارات الضوء الضعيفة، مما يقلل من وقت التعريض المطلوب أو مستوى الإضاءة.
3. حجم البكسل مقابل دقة الصورة
المفاضلة بين الحلول:
قد تؤدي وحدات البكسل الأكبر إلى تحسين الحساسية، ولكنها قد تقلل أيضًا من القدرة على تمييز التفاصيل الدقيقة.
مثال: ستواجه بكسل بحجم 1 ميكرومتر صعوبة في تمييز التفاصيل الأصغر من 2 ميكرومتر، حيث ستتداخل الميزات المجاورة مع بعضها البعض.
تزداد درجة البكسلة مع زيادة حجم البكسلات، مما يعني أن التفاصيل الدقيقة في الصورة ستصبح غير واضحة.
قيود النظام البصري:
تُعدّ دقة النظام البصري عاملاً مُحدداً في إظهار التفاصيل الدقيقة. لكل نظام بصري حدٌّ أقصى، فبعده لن يؤدي تقليل حجم البكسل إلى تحسين الدقة، بل سيؤدي إلى تقليل الحساسية.
بالنسبة للأنظمة القائمة على العدسات المجهرية، فإن الفتحة العددية (NA) هي التي تحدد حد الدقة هذا بشكل أساسي.
4. مطابقة حجم البكسل مع النظام البصري
حجم البكسل المثالي للمجاهر ذات الفتحة العددية العالية:
تُعد الكاميرا ذات حجم البكسل 6.5 ميكرومتر متوافقة بشكل مثالي مع عدسات المجهر عالية الفتحة العددية 60x.
تُعد الكاميرات ذات البكسلات التي يبلغ حجمها 10 أو 11 ميكرومتر هي الأنسب لعدسات الهدف ذات الفتحة العددية العالية 100x.
يمكن أن تؤدي وحدات البكسل الأكبر إلى حساسية أعلى، لكن وحدات البكسل الأصغر لا تؤدي بالضرورة إلى تحسين دقة التفاصيل؛ فهي أكثر فائدة لالتقاط تفاصيل الصورة الدقيقة فقط إذا كان النظام البصري يدعم هذه الدقة.
5. الخلاصة: موازنة حجم البكسل والحساسية والدقة
المفاضلة بين حجم البكسل و:
تُعد البكسلات الأكبر حجماً أفضل للتصوير في الإضاءة المنخفضة وتحسين الحساسية، ولكنها تضحي بالقدرة على إظهار تفاصيل الصورة الدقيقة.
تؤدي وحدات البكسل الأصغر إلى تحسين دقة الصورة ولكنها قد تقلل من الحساسية، خاصة في ظروف الإضاءة المنخفضة.
مطابقة النظام:
يعتمد حجم البكسل الأمثل للكاميرا على النظام البصري المستخدم. بالنسبة للأنظمة ذات التكبير العالي (مثل المجاهر ذات الفتحة العددية العالية)، يجب موازنة حجم البكسل مع قدرة النظام البصري على التمييز وتطبيق التصوير المقصود.
