25/08/20Elmi kameranı qiymətləndirərkən texniki xüsusiyyətlər həddən artıq çox ola bilər - piksel ölçüsü, kvant səmərəliliyi, dinamik diapazon və s. Bu xüsusiyyətlər arasında bit dərinliyi kameranızın nə qədər məlumat tuta biləcəyini və incə detalları nə qədər sədaqətlə təmsil etdiyini müəyyən etmək üçün ən vacib amillərdən biridir.
Parlaqlıqdakı incə dəyişikliklərin vacib məlumatları təmsil edə biləcəyi elmi təsvirlərdə bit dərinliyini başa düşmək isteğe bağlı deyil - bu vacibdir.
Bu məqalə bit dərinliyinin nə olduğunu, təsvirin keyfiyyətinə necə təsir etdiyini, məlumatların dəqiqliyindəki rolunu və tətbiqiniz üçün düzgün bit dərinliyini necə seçəcəyinizi izah edir.
Bit Dərinliyi: Şəkil Pikselində Maksimum Boz Səviyyə Sayı
Elmi kamera ilə işləyərkən bit dərinliyi hər pikselin neçə fərqli intensivlik dəyərini qeyd edə biləcəyini müəyyən edir. Bu çox vacibdir, çünki elmi təsvirdə hər bir pikselin dəyəri foton sayı və ya flüoresan intensivliyi kimi ölçülmüş kəmiyyətə birbaşa uyğun ola bilər.
Bit dərinliyi hər bir pikselin intensivlik dəyərlərini saxlamaq üçün istifadə etdiyi ikili rəqəmsal verilənlərin "bitlərinin" sayını göstərir, burada 8 bit bir bayt təşkil edir. Maksimum boz səviyyə dəyəri aşağıdakılarla verilir:
Maksimum boz səviyyələr = 2^(Bit dərinlik)
Məsələn:
● 8 bit = 256 səviyyə
● 12-bit = 4.096 səviyyə
● 16 bit = 65,536 səviyyə
Daha çox boz səviyyələr daha incə parlaqlıq dərəcələrinə və incə fərqlərin daha dəqiq təsvirinə imkan verir ki, bu da zəif siqnalları ölçərkən və ya kəmiyyət təhlili apararkən kritik ola bilər.
Bit dərinliyi və sürəti
Bit dərinliyinin artırılması o deməkdir ki, analoqdan rəqəmsal çeviricilər (ADC) hər ölçmə üçün daha çox bit çıxarmalıdır. Bu, adətən onlardan saniyədə ölçmələrini azaltmağı, yəni kamera kadr sürətini azaltmağı tələb edir.
Bu səbəbdən çoxelmi kameralariki əldəetmə rejimi təklif edin:
● Yüksək bit dərinliyi rejimi – Bu adətən daha yüksək dinamik diapazon təklif edir. Flüoresan mikroskopiya və ya spektroskopiya kimi tətbiqlər üçün tonal ayırdetmə və dinamik diapazona üstünlük verir.
● Yüksək sürətli rejim – Bu, yüksək sürətli təsvirdə sürətli hadisələr üçün vacib olan daha sürətli kadr sürətlərinin xeyrinə bit dərinliyini azaldır.
Bu mübadiləni bilmək sizə təsvir məqsədlərinizə uyğun olan rejimi seçməyə kömək edir — dəqiqlik və müvəqqəti həll.
Bit dərinliyi və dinamik diapazon
Bit dərinliyini dinamik diapazonla qarışdırmaq adi haldır, lakin onlar eyni deyil. Bit dərinliyi mümkün parlaqlıq səviyyələrinin sayını müəyyən edir, dinamik diapazon isə aşkar edilə bilən ən zəif və ən parlaq siqnallar arasındakı nisbəti təsvir edir.
İkisi arasındakı əlaqə kamera qazanma parametrləri və oxunuş səs-küyü kimi əlavə amillərdən asılıdır. Əslində, dinamik diapazon "effektiv bitlərlə" ifadə edilə bilər, yəni səs-küy performansı istifadə edilə bilən görüntü məlumatlarına töhfə verən bitlərin sayını azalda bilər.
Kamera seçimi üçün bu o deməkdir ki, birinin digərini tam müəyyən etdiyini fərz etməkdənsə, həm bit dərinliyini, həm də dinamik diapazonu birlikdə qiymətləndirməlisiniz.
Hər kamera çərçivəsi üçün tələb olunan məlumat saxlama baytları (sıxılmadan) aşağıdakı kimi hesablana bilər:
Məlumatların saxlanması
Bundan əlavə, TIFF kimi bəzi fayl formatları 9-16 bitlik məlumatları 16-bitlik "sarğıda" saxlayır. Bu o deməkdir ki, şəkliniz yalnız 12 bit istifadə etsə belə, yaddaş izi tam 16 bitlik görüntü ilə eyni ola bilər.
Böyük verilənlər toplusunu idarə edən laboratoriyalar üçün bunun praktiki təsiri var: daha yüksək bit dərinlikli təsvirlər daha çox disk sahəsi, daha uzun ötürmə vaxtları və emal üçün daha çox hesablama gücü tələb edir. Səmərəli iş axını üçün dəqiqlik ehtiyaclarını məlumatların idarə edilməsi qabiliyyəti ilə balanslaşdırmaq vacibdir.
Bit Dərinliyi Şəkil keyfiyyətinə necə təsir edir
Şəkil: Bit dərinliyi nümunələri
QEYD: Bit dərinliyi anlayışının təsviri. Bit dərinliyinin azaldılması təsviri göstərmək üçün istifadə edilə bilən intensivlik addımlarının sayını azaldır.
Bit dərinliyi elmi kamerada görüntü keyfiyyətinin bir neçə aspektinə birbaşa təsir göstərir.
Dinamik diapazon
Daha yüksək bit dərinliyi kölgələrdə və işıqlandırmalarda təfərrüatı qoruyaraq daha çox parlaqlıq səviyyəsini çəkir.
Məsələn, flüoresan mikroskopiyada tutqun xüsusiyyətlər 8 bitlik təsvirdə çətinliklə görünə bilər, lakin 16 bitlik çəkilişdə daha aydın görünür.
Daha hamar Tonal Qradasiyalar
Daha yüksək bit dərinlikləri parlaqlıq səviyyələri arasında daha hamar keçidlərə imkan verir, qradientlərdə "bantlama"nın qarşısını alır. Bu, kəskin atlamaların nəticələri təhrif edə biləcəyi kəmiyyət təhlilində xüsusilə vacibdir.
Siqnaldan Səs Nisbəti (SNR) Təmsil
Bit dərinliyi birbaşa sensorun SNR-ni artırmasa da, kameraya səs-küy zəmininin üstündəki incə siqnal variasiyalarını daha dəqiq göstərməyə imkan verir.
Sensorun SNR-i bit dərinliyi ilə təklif olunan ayırdetmədən aşağı olarsa, bu əlavə bitlər faktiki görüntü keyfiyyətinə töhfə verməyə bilər - yadda saxlamaq lazım olan amil.
Misal:
●8 bitlik şəkil: Kölgələr birləşir, zəif xüsusiyyətlər yox olur və incə dəyişikliklər itir.
●16 bitlik şəkil: Qradasiyalar davamlıdır, zəif strukturlar qorunur və kəmiyyət ölçüləri daha etibarlıdır.
Elmi Təsvirdə Bit Dərinliyi və Məlumat Dəqiqliyi
Elmi təsvirdə görüntü sadəcə bir şəkil deyil, məlumatdır. Hər bir pikselin dəyəri ölçülə bilən kəmiyyətə, məsələn, foton sayına, flüoresans intensivliyinə və ya spektral gücə uyğun ola bilər.
Daha yüksək bit dərinliyi kvantlaşdırma xətasını azaldır — analoq siqnal diskret səviyyələrə rəqəmləşdirildikdə baş verən yuvarlaqlaşdırma xətası. Daha çox səviyyə mövcud olduqda, pikselə təyin edilmiş rəqəmsal dəyər əsl analoq siqnalla daha yaxından uyğunlaşır.
Bu niyə vacibdir
● Flüoresan mikroskopiyada parlaqlıqdakı bir addımlıq fərq zülal konsentrasiyasında əhəmiyyətli dəyişiklik göstərə bilər.
● Astronomiyada, bit dərinliyi çox aşağı olarsa, uzaq ulduzlardan və ya qalaktikalardan gələn zəif siqnallar itirilə bilər.
● Spektroskopiyada daha yüksək bit dərinliyi udma və ya emissiya xətlərinin daha dəqiq ölçülməsini təmin edir.
16 bitlik çıxışı olan sCMOS kamerası daha aşağı bit dərinlikli sistemdə görünməyən incə fərqləri qeyd edə bilər ki, bu da onu kəmiyyət dəqiqliyi tələb edən tətbiqlər üçün vacib edir.
Nə qədər bit dərinliyinə ehtiyacınız var?
Bir çox proqram həm yüksək siqnal səviyyələri, həm də yüksək dinamik diapazon tələb edir, bu halda yüksək bit dərinliyi (14-bit, 16-bit və ya daha çox) faydalı ola bilər.
Adətən aşağı işıqlı görüntüləmə ilə, lakin mövcud bit dərinliyi əksər hallarda əldə ediləndən daha yüksək doyma intensivliyi təmin edəcək. Xüsusilə 16 bitlik kameralar üçün, qazanc xüsusilə yüksək olmadıqda, tam 16 bitlik diapazon nadir hallarda tələb olunur.
Daha yüksək sürətli kameralar və ya kamera rejimləri yalnız 8-bit ola bilər, bu daha məhdudlaşdırıcı ola bilər, baxmayaraq ki, 8-bit rejimlərin aktivləşdirə biləcəyi yüksək sürətlər tez-tez ticarəti dəyərli edir. Kamera istehsalçıları dəyişən qazanc parametrləri vasitəsilə müxtəlif təsvir proqramlarının tipik siqnal səviyyələrinin öhdəsindən gəlmək üçün 8 bitlik rejimlərin çox yönlülüyünü artıra bilərlər.
Tətbiqiniz üçün Doğru Bit Dərinliyinin Seçilməsi
Budur, bit dərinliyini ümumi elmi təsvir ssenarilərinə uyğunlaşdırmaq üçün qısa istinad:
| Ərizə | Tövsiyə olunan Bit Dərinliyi | Səbəb |
| Floresan mikroskopiyası | 16-bit | Zəif siqnalları və incə intensivlik fərqlərini aşkar edin |
| Astronomiya təsviri | 14-16 bit | Az işıqlı şəraitdə yüksək dinamik diapazonu çəkin |
| Sənaye Müfəttişliyi | 12-14 bit | Kiçik qüsurları aydınlıqla müəyyən edin |
| Ümumi Sənədləşdirmə | 8-bit | Qeyri-kəmiyyət məqsədləri üçün kifayətdir |
| Spektroskopiya | 16-bit | Spektral məlumatlarda incə variasiyaları qoruyun |
Mübadilələr:
●Daha yüksək bit dərinliyi= daha yaxşı tonal ayırdetmə və dəqiqlik, lakin daha böyük fayllar və daha uzun emal vaxtları.
●Aşağı bit dərinliyi= daha sürətli əldə etmə və daha kiçik fayllar, lakin incə detalları itirmək riski.
Bit dərinliyi və digər kamera xüsusiyyətləri
Bit dərinliyi vacib olsa da, elmi kamera seçərkən tapmacanın yalnız bir parçasıdır.
Sensor növü (CCD vs CMOS vs sCMOS)
● Fərqli sensor arxitekturaları müxtəlif oxuma səs-küyünə, dinamik diapazona və kvant səmərəliliyinə malikdir. Məsələn, zəif kvant səmərəliliyi olan yüksək bit dərinlikli sensor hələ də aşağı işıqlı görüntülərdə mübarizə apara bilər.
Kvant Effektivliyi (QE)
● QE sensorun fotonları elektronlara necə səmərəli çevirdiyini müəyyən edir. Yüksək QE zəif siqnalları tutmaq üçün çox vacibdir və kifayət qədər bit dərinliyi ilə birləşdirildikdə məlumatların dəqiqliyini artırır.
Dinamik diapazon
● Kameranın dinamik diapazonu onun eyni vaxtda çəkə biləcəyi ən zəif və ən parlaq siqnallar arasındakı məsafəni müəyyən edir. Daha yüksək dinamik diapazon, bu parlaqlıq səviyyələrini təmsil edə bilən bir az dərinlik ilə uyğunlaşdıqda ən faydalıdır.
Qeyd:
Digər sistem məhdudiyyətləri (səs-küy və ya optika kimi) əsl darboğazdırsa, daha yüksək bit dərinliyi görüntü keyfiyyətini yaxşılaşdırmayacaq.
Məsələn, çox aşağı səs-küyə malik 8 bitlik kamera bəzi tətbiqlərdə səs-küylü 16 bitlik sistemdən üstün ola bilər.
Nəticə
Elmi təsvirdə bit dərinliyi texniki spesifikasiyadan daha çox şeydir - bu, dəqiq, etibarlı məlumatların alınmasında əsas amildir.
Mikroskopda zəif strukturların aşkarlanmasından tutmuş astronomiyada uzaq qalaktikaların qeydə alınmasına qədər, düzgün bit dərinliyi elmi kameranızın tədqiqatınızdan asılı olan təfərrüatları və ölçmələri qorumasını təmin edir.
Kamera seçərkən:
1. Bit dərinliyini tətbiqinizin dəqiq ehtiyaclarına uyğunlaşdırın.
2. Bunu kvant səmərəliliyi, səs-küy və dinamik diapazon kimi digər kritik xüsusiyyətlərlə birlikdə nəzərdən keçirin.
3. Yadda saxlayın ki, daha yüksək bit dərinliyi sisteminiz ondan faydalana bildikdə ən dəyərlidir.
Əgər axtarırsınızsaCMOS kamera orsCMOS kamerayüksək bit-dərinlikli elmi təsvirlər üçün nəzərdə tutulmuşdur, dəqiqlik, etibarlılıq və məlumatların dəqiqliyi üçün hazırlanmış modellərimizin çeşidini araşdırın.
Tez-tez verilən suallar
Elmi təsvirdə 12-bit, 14-bit və 16-bit arasında praktik fərq nədir?
Praktik baxımdan, 12 bitdən (4,096 səviyyə) 14 bitə (16,384 səviyyə) və sonra 16 bitə (65,536 səviyyə) keçid parlaqlıq dəyərləri arasında tədricən daha incə ayrı-seçkiliyə imkan verir.
● 12 bit işıqlandırmanın yaxşı idarə olunduğu bir çox sənaye və sənədləşdirmə proqramları üçün kifayətdir.
● 14-bit, əksər laboratoriya iş axınları üçün ideal olan dəqiqlik və idarə olunan fayl ölçüsü arasında yaxşı balans təklif edir.
● 16-bit parlaq detalları itirmədən zəif siqnalları qeyd etmək qabiliyyətinin vacib olduğu flüoresan mikroskopiya və ya astronomik təsvir kimi aşağı işıqlı, yüksək dinamik diapazonlu ssenarilərdə üstündür.
Bununla belə, unutmayın ki, kameranın sensor səs-küyü və dinamik diapazonu bu əlavə tonal addımlardan istifadə etmək üçün kifayət qədər yaxşı olmalıdır – əks halda faydalar reallaşmaya bilər.
Daha yüksək bit dərinliyi həmişə daha yaxşı şəkillərlə nəticələnirmi?
Avtomatik deyil. Bit dərinliyi potensial tonal ayırdetməni müəyyən edir, lakin faktiki görüntü keyfiyyəti digər amillərdən asılıdır, o cümlədən:
● Sensor həssaslığı (kvant səmərəliliyi)
● Oxuma səsi
● Optika keyfiyyəti
● İşıqlandırmanın sabitliyi
Məsələn, yüksək səs-küylü 16 bitlik CMOS kamera müəyyən şərtlərdə aşağı səs-küylü 12 bitlik sCMOS kameradan daha faydalı detal çəkə bilməz. Başqa sözlə, daha yüksək bit dərinliyi yaxşı optimallaşdırılmış görüntüləmə sistemi ilə birləşdirildikdə ən faydalıdır.
Vacib məlumatları itirmədən yüksək bit dərinlikli təsvirdən aşağı nümunə götürə bilərəmmi?
Bəli - əslində bu, ümumi bir təcrübədir. Daha yüksək bit dərinliyində çəkmə sizə sonrakı emal və kəmiyyət təhlili üçün rahatlıq verir. Daha sonra təqdimat və ya arxivləşdirmə üçün nümunəni 8 bitə endirə bilərsiniz, tam məlumat dəstini saxlamadan təhlil nəticələrini saxlaya bilərsiniz. Yenidən analiz tələb olunarsa, orijinal yüksək bit dərinlikli faylların haradasa saxlandığından əmin olun.
Bit dərinliyi kəmiyyət elmi ölçmələrdə hansı rol oynayır?
Kəmiyyət təsvirində bit dərinliyi piksel dəyərlərinin real dünya siqnal intensivliyini necə dəqiq təmsil etdiyinə birbaşa təsir göstərir. Bu, aşağıdakılar üçün vacibdir:
● Mikroskopiya – Hüceyrə səviyyəsində flüoresan intensivlik dəyişikliklərinin ölçülməsi.
● Spektroskopiya – Absorbsiya/emissiya xətlərində incə sürüşmələrin aşkarlanması.
● Astronomiya – Uzun məruz qalma zamanı zəif işıq mənbələrinin qeyd edilməsi.
Bu hallarda qeyri-kafi bit dərinliyi yuvarlaqlaşdırma xətalarına və ya siqnalın kəsilməsinə səbəb ola bilər ki, bu da məlumatların qeyri-dəqiq şərhinə gətirib çıxarır.
Daha çox öyrənmək istəyirsiniz? Əlaqədar məqalələrə nəzər salın:
[Dinamik diapazon] – Dinamik diapazon nədir?
Elmi Kameralarda Kvant Effektivliyi: Başlayanlar üçün Bələdçi
Tucsen Photonics Co., Ltd. Bütün hüquqlar qorunur. İstinad edərkən mənbəni qeyd edin:www.tucsen.com
