25. 2. 2022Velikost pixelu kamery se vztahuje k fyzickým rozměrům (šířce a výšce) každého jednotlivého pixelu na snímači kamery, obvykle měřeným v mikrometrech (μm). Jedná se o klíčovou specifikaci, která ovlivňuje jak citlivost kamery, tak její schopnost zachytit jemné detaily. Velikost pixelu obrazu (vyplývající z velikosti pixelu snímače a zvětšení optického systému) však hraje přímější roli při určování mnoha obrazových vlastností.
1. Vztah mezi velikostí pixelu senzoru a velikostí pixelu obrazu
Velikost pixelu senzoru vs. velikost pixelu obrazu:
Velikost pixelu senzoru je fyzická velikost jednoho pixelu na senzoru. Velikost pixelu obrazu je však určena velikostí pixelu senzoru dělenou zvětšením systému.
Zvětšení optického systému (které je určeno optickými komponenty, jako jsou čočky nebo objektivy mikroskopu) hraje klíčovou roli v efektivní velikosti pixelu obrazu.
Dopad optických systémů:
Systémy s pevnou ohniskovou rovinou (např. objektivy mikroskopu) vs. systémy s ostřením (např. konvenční objektivy fotoaparátů):
V systémech s pevnou ohniskovou rovinou je velikost pixelu přímo úměrná zvětšení a větší pixely dokáží zachytit více světla, což nabízí větší citlivost.
V zaostřovacích systémech lze zvětšení upravit změnou vzdálenosti k objektu nebo použitím zoomových objektivů, což následně mění efektivní velikost pixelu obrazu.
2. Citlivost a velikost pixelu
Větší pixely a citlivost:
Větší pixely dokáží zachytit více světla, což zlepšuje citlivost fotoaparátu, zejména za zhoršených světelných podmínek.
Analogie: Větší pixely jsou jako kbelík ve srovnání s hrnkem na sběr dešťové vody – větší plocha shromažďuje více fotonů, což zvyšuje citlivost.
Například pokud se velikost pixelu zdvojnásobí ve směru X i Y, plocha pixelu se zvětší čtyřikrát, což znamená, že dokáže shromáždit čtyřikrát více fotonů.
Výhody snímkování za slabého osvětlení:
Zvětšená velikost pixelu výrazně zlepšuje schopnost fotoaparátu zachytit slabé světelné signály, čímž se zkracuje požadovaný expoziční čas nebo úroveň světla.
3. Velikost pixelu vs. rozlišení obrazu
Kompromis v rozlišení:
Větší pixely mohou zlepšit citlivost, ale mohou také snížit schopnost rozlišit jemné detaily.
Příklad: Pixel o velikosti 1 μm bude mít potíže s rozlišením detailů menších než 2 μm, protože sousední prvky se budou rozmazávat.
Stupeň pixelizace se zvyšuje s většími pixely, což znamená, že jemnější detaily v obraze se stanou nezřetelnými.
Omezení optického systému:
Rozlišení optického systému je také limitujícím faktorem při rozlišení jemných detailů. Každý optický systém má limit, za kterým zmenšení velikosti pixelu nezvýší rozlišení, ale sníží citlivost.
U systémů založených na mikroskopických objektivech určuje tento limit rozlišení primárně numerická apertura (NA).
4. Přizpůsobení velikosti pixelu optickému systému
Ideální velikost pixelu pro mikroskopy s vysokou numerickou aperturou:
Kamera s velikostí pixelu 6,5 μm je ideálně spárována s mikroskopickými objektivy s vysokou numerickou aperturou a 60násobným zvětšením.
Pro objektivy s vysokou numerickou aberací 100x se nejlépe hodí kamery s pixely o velikosti 10 nebo 11 μm.
Větší pixely mohou zajistit vyšší citlivost, ale menší pixely nemusí nutně zlepšit rozlišení detailů; jsou užitečnější pro zachycení jemnějších detailů obrazu pouze tehdy, pokud optický systém takové rozlišení podporuje.
5. Závěr: Vyvažování velikosti pixelu, citlivosti a rozlišení
Kompromis mezi velikostí pixelů:
Větší pixely jsou lepší pro snímky za slabého osvětlení a zlepšují citlivost, ale obětují schopnost rozlišit jemné detaily obrazu.
Menší pixely zlepšují rozlišení obrazu, ale mohou snižovat citlivost, zejména za špatných světelných podmínek.
Párování systémů:
Ideální velikost pixelu kamery závisí na použitém optickém systému. U systémů s vyšším zvětšením (jako jsou mikroskopy s vysokou numerickou akustickou akustickou akustickou hodnotou) musí být velikost pixelu vyvážena rozlišovací schopností optického systému a zamýšlenou zobrazovací aplikací.
