25.02.2022Памер пікселя камеры адносіцца да фізічных памераў (шырыні і вышыні) кожнага асобнага пікселя на матрыцы камеры, якія звычайна вымяраюцца ў мікраметрах (мкм). Гэта найважнейшая характарыстыка, якая ўплывае як на адчувальнасць камеры, так і на яе здольнасць фіксаваць дробныя дэталі. Аднак памер пікселя выявы (які вынікае з памеру пікселя матрыцы і павелічэння аптычнай сістэмы) адыгрывае больш непасрэдную ролю ў вызначэнні многіх уласцівасцей візуалізацыі.
1. Суадносіны паміж памерам пікселя датчыка і памерам пікселя выявы
Памер пікселя датчыка ў параўнанні з памерам пікселя выявы:
Памер пікселя датчыка — гэта фізічны памер аднаго пікселя на датчыку. Аднак памер пікселя выявы вызначаецца памерам пікселя датчыка, падзеленым на павелічэнне сістэмы.
Павелічэнне аптычнай сістэмы (якое вызначаецца аптычнымі кампанентамі, такімі як лінзы або аб'ектывы мікраскопа) адыгрывае вырашальную ролю ў эфектыўным памеры пікселя выявы.
Уплыў аптычных сістэм:
Сістэмы з фіксаванай факальнай плоскасцю (напрыклад, аб'ектывы мікраскопа) супраць сістэм з факусоўкай (напрыклад, звычайныя аб'ектывы камеры):
У сістэмах з фіксаванай факальнай плоскасцю памер пікселя непасрэдна звязаны з павелічэннем, і большыя пікселі могуць збіраць больш святла, забяспечваючы большую адчувальнасць.
У сістэмах з магчымасцю факусоўкі павелічэнне можна рэгуляваць, змяняючы адлегласць да аб'екта або выкарыстоўваючы зум-лінзы, што, у сваю чаргу, змяняе эфектыўны памер пікселя выявы.
2. Адчувальнасць і памер пікселя
Большыя пікселі і адчувальнасць:
Большыя пікселі могуць збіраць больш святла, паляпшаючы адчувальнасць камеры, асабліва ва ўмовах нізкай асветленасці.
Аналогія: большыя пікселі падобныя да вядра ў параўнанні з кубкам для збору дажджавой вады — большая плошча збірае больш фатонаў, што павялічвае адчувальнасць.
Напрыклад, калі памер пікселя падвойваецца ў абодвух напрамках X і Y, плошча пікселя павялічваецца ў чатыры разы, гэта значыць, што ён можа збіраць у чатыры разы больш фатонаў.
Перавагі здымкі пры слабым асвятленні:
Павелічэнне памеру пікселя значна паляпшае здольнасць камеры фіксаваць слабыя светлавыя сігналы, скарачаючы неабходны час экспазіцыі або ўзровень асветленасці.
3. Памер пікселя ў параўнанні з дазволам выявы
Кампраміс паміж дазволам:
Большыя пікселі могуць палепшыць адчувальнасць, але яны таксама могуць знізіць здольнасць адрозніваць дробныя дэталі.
Прыклад: піксель памерам 1 мкм будзе мець праблемы з разрозненнем дэталяў памерам менш за 2 мкм, бо суседнія элементы будуць размывацца адна з адной.
Ступень пікселізацыі павялічваецца з павелічэннем памеру пікселяў, гэта значыць, што больш дробныя дэталі на выяве становяцца невыразнымі.
Абмежаванні аптычнай сістэмы:
Разрозненне аптычнай сістэмы таксама з'яўляецца абмежавальным фактарам у разрозненні дробных дэталяў. Кожная аптычная сістэма мае мяжу, пасля якой памяншэнне памеру пікселя не павысіць разрозненне, але знізіць адчувальнасць.
Для сістэм на аснове мікраскопа і аб'ектыва гэтую мяжу раздзяляльнай здольнасці ў першую чаргу вызначае лікавая апертура (NA).
4. Падбор памеру пікселя ў адпаведнасці з аптычнай сістэмай
Ідэальны памер пікселя для мікраскопаў з высокай лічбавай апертурай:
Камера з памерам пікселя 6,5 мкм ідэальна спалучаецца з аб'ектывамі мікраскопа з высокай лічбавай апертурай і 60-кратным павелічэннем.
Для аб'ектываў з высокай лічбавай апертурай (NA) у 100 разоў лепш за ўсё падыходзяць камеры з пікселямі 10 або 11 мкм.
Большыя пікселі могуць забяспечыць больш высокую адчувальнасць, але меншыя пікселі не абавязкова паляпшаюць раздзяленне дэталяў; яны больш карысныя для захопу больш дробных дэталяў выявы толькі ў тым выпадку, калі аптычная сістэма можа падтрымліваць такое раздзяленне.
5. Выснова: балансаванне памеру пікселя, адчувальнасці і раздзяляльнай здольнасці
Кампраміс памеру пікселя:
Большыя пікселі лепш падыходзяць для здымкі пры слабым асвятленні і паляпшаюць адчувальнасць, але ахвяруюць здольнасцю адрозніваць дробныя дэталі выявы.
Меншыя пікселі паляпшаюць раздзяляльнасць выявы, але могуць знізіць адчувальнасць, асабліва ва ўмовах нізкай асветленасці.
Супастаўленне сістэмы:
Ідэальны памер пікселя камеры залежыць ад выкарыстоўванай аптычнай сістэмы. Для сістэм з большым павелічэннем (напрыклад, мікраскопаў з высокай лічбавай аберацыяй) памер пікселя павінен быць збалансаваны з раздзяляльнай здольнасцю аптычнай сістэмы і меркаваным прымяненнем візуалізацыі.
