25/08/20Wrth werthuso camera wyddonol, gall manylebau technegol fod yn llethol — maint picsel, effeithlonrwydd cwantwm, ystod ddeinamig, a mwy. Ymhlith y manylebau hyn, dyfnder bit yw un o'r rhai mwyaf hanfodol ar gyfer pennu faint o wybodaeth y gall eich camera ei dal a pha mor ffyddlon y mae'n cynrychioli manylion mân.
Mewn delweddu gwyddonol, lle gall amrywiadau cynnil mewn disgleirdeb gynrychioli data pwysig, nid yw deall dyfnder bit yn ddewisol - mae'n hanfodol.
Mae'r erthygl hon yn egluro beth yw dyfnder bit, sut mae'n effeithio ar ansawdd delwedd, ei rôl mewn cywirdeb data, a sut i ddewis y dyfnder bit cywir ar gyfer eich cymhwysiad.
Dyfnder Bit: Y Cyfrif Lefel Llwyd Uchaf mewn Picsel Delwedd
Wrth weithio gyda chamera wyddonol, mae dyfnder didau yn diffinio faint o werthoedd dwyster gwahanol y gall pob picsel eu cofnodi. Mae hyn yn hanfodol oherwydd mewn delweddu gwyddonol, gall gwerth pob picsel gyfateb yn uniongyrchol i faint a fesurwyd, fel cyfrif ffotonau neu ddwyster fflwroleuol.
Mae'r dyfnder bit yn dangos nifer y 'bitiau' o ddata digidol deuaidd y mae pob picsel yn eu defnyddio ar gyfer storio gwerthoedd dwyster, lle mae 8 bit yn ffurfio un beit. Rhoddir y gwerth lefel llwyd uchaf gan:
Lefelau llwyd uchaf = 2^(Dyfnder bit)
Er enghraifft:
● 8-bit = 256 lefel
● 12-bit = 4,096 lefel
● 16-bit = 65,536 lefel
Mae lefelau llwyd mwy yn caniatáu graddfeydd disgleirdeb mwy manwl a chynrychiolaeth fwy cywir o wahaniaethau cynnil, a all fod yn hanfodol wrth fesur signalau gwan neu gynnal dadansoddiad meintiol.
Dyfnder a chyflymder bit
Mae cynyddu dyfnder bitiau yn golygu bod yn rhaid i'r trawsnewidyddion analog-i-ddigidol (ADCs) allbynnu mwy o bitiau fesul mesuriad. Fel arfer, mae hyn yn ei gwneud yn ofynnol iddynt leihau eu mesuriadau yr eiliad – h.y., lleihau cyfradd ffrâm y camera.
Am y rheswm hwn, mae llawercamerâu gwyddonolcynnig dau ddull caffael:
● Modd dyfnder bit uchel – Mae hyn fel arfer yn cynnig ystod ddeinamig uwch. Yn blaenoriaethu datrysiad tonal ac ystod ddeinamig ar gyfer cymwysiadau fel microsgopeg fflwroleuol neu sbectrosgopeg.
● Modd cyflymder uchel – Mae hyn yn lleihau dyfnder y bit o blaid cyfraddau ffrâm cyflymach, sy'n hanfodol ar gyfer digwyddiadau cyflym mewn delweddu cyflymder uchel.
Mae gwybod y cyfaddawd hwn yn eich helpu i ddewis y modd sy'n cyd-fynd â'ch nodau delweddu — cywirdeb yn erbyn datrysiad amserol.
Dyfnder bit ac ystod ddeinamig
Mae'n gyffredin drysu dyfnder bit ag ystod ddeinamig, ond nid ydynt yn union yr un fath. Mae dyfnder bit yn diffinio nifer y lefelau disgleirdeb posibl, tra bod ystod ddeinamig yn disgrifio'r gymhareb rhwng y signalau canfyddadwy mwyaf gwan a mwyaf disglair.
Mae'r berthynas rhwng y ddau yn dibynnu ar ffactorau ychwanegol fel gosodiadau ennill camera a sŵn darllen. Mewn gwirionedd, gellir mynegi ystod ddeinamig mewn "bitiau effeithiol," sy'n golygu y gall perfformiad sŵn leihau nifer y bitiau sy'n cyfrannu at ddata delwedd defnyddiadwy.
Ar gyfer dewis camera, mae hyn yn golygu y dylech werthuso dyfnder y bit a'r ystod ddeinamig gyda'i gilydd yn hytrach na thybio bod un yn diffinio'r llall yn llawn.
Gellir cyfrifo'r beitiau o storio data sydd eu hangen fesul ffrâm camera (heb gywasgu) fel:
Storio data
Yn ogystal, mae rhai fformatau ffeiliau — fel TIFF — yn storio data 9 i 16-bit y tu mewn i "lapio" 16-bit. Mae hyn yn golygu, hyd yn oed os mai dim ond 12 bit y mae eich delwedd yn ei ddefnyddio, y gall yr ôl troed storio fod yr un fath â delwedd 16-bit lawn.
I labordai sy'n trin setiau data mawr, mae hyn yn arwain at oblygiadau ymarferol: mae delweddau dyfnder bit uwch yn gofyn am fwy o le disg, amseroedd trosglwyddo hirach, a mwy o bŵer cyfrifiadurol ar gyfer prosesu. Mae cydbwyso anghenion manwl gywirdeb â chapasiti rheoli data yn hanfodol ar gyfer llif gwaith effeithlon.
Sut mae Dyfnder Bit yn Effeithio ar Ansawdd Delwedd
Ffigur: Enghreifftiau o ddyfnder bitiau
NODYNDarlun o'r cysyniad o ddyfnder bit. Mae lleihau dyfnder bit yn lleihau nifer y camau dwyster y gellir eu defnyddio i arddangos y ddelwedd.
Mae dyfnder bit yn cael effaith uniongyrchol ar sawl agwedd ar ansawdd delwedd mewn camera wyddonol.
Ystod Dynamig
Mae dyfnder bit uwch yn dal mwy o lefelau disgleirdeb, gan gadw manylion mewn cysgodion ac uchafbwyntiau.
Er enghraifft, mewn microsgopeg fflwroleuol, efallai mai prin y bydd nodweddion pylu yn weladwy mewn delwedd 8-bit ond maent yn fwy amlwg mewn cipio 16-bit.
Graddfeydd Tonal Llyfnach
Mae dyfnderau bit uwch yn caniatáu trawsnewidiadau llyfnach rhwng lefelau disgleirdeb, gan osgoi "bandio" mewn graddiannau. Mae hyn yn arbennig o bwysig mewn dadansoddiad meintiol, lle gall neidiau sydyn ystumio canlyniadau.
Cynrychiolaeth Cymhareb Signal-i-Sŵn (SNR)
Er nad yw dyfnder didau yn cynyddu SNR synhwyrydd yn uniongyrchol, mae'n galluogi'r camera i gynrychioli amrywiadau signal cynnil uwchlaw'r llawr sŵn yn fwy cywir.
Os yw SNR y synhwyrydd yn is na'r datrysiad a gynigir gan y dyfnder bit, efallai na fydd y bitiau ychwanegol hynny'n cyfrannu at ansawdd gwirioneddol y ddelwedd - ffactor i'w gadw mewn cof.
Enghraifft:
●Delwedd 8-bitMae cysgodion yn uno, mae nodweddion gwan yn diflannu, ac mae newidiadau cynnil yn cael eu colli.
●Delwedd 16-bitMae graddfeydd yn barhaus, mae strwythurau gwan yn cael eu cadw, ac mae mesuriadau meintiol yn fwy dibynadwy.
Dyfnder Bit a Chywirdeb Data mewn Delweddu Gwyddonol
Mewn delweddu gwyddonol, nid dim ond llun yw delwedd - mae'n ddata. Gall gwerth pob picsel gyfateb i faint mesuradwy, fel cyfrif ffotonau, dwyster fflwroleuedd, neu bŵer sbectrol.
Mae dyfnder bit uwch yn lleihau'r gwall meintioli — y gwall talgrynnu sy'n digwydd pan gaiff signal analog ei ddigideiddio i lefelau arwahanol. Gyda mwy o lefelau ar gael, mae'r gwerth digidol a neilltuwyd i bicsel yn cyd-fynd yn agosach â'r signal analog gwirioneddol.
Pam mae hyn yn bwysig
● Mewn microsgopeg fflwroleuol, gallai gwahaniaeth un cam mewn disgleirdeb gynrychioli newid ystyrlon yng nghrynodiad protein.
● Mewn seryddiaeth, gellid colli signalau gwan o sêr neu alaethau pell os yw dyfnder y bit yn rhy isel.
● Mewn sbectrosgopeg, mae dyfnder bit uwch yn sicrhau mesuriadau mwy manwl gywir o linellau amsugno neu allyriadau.
Gall camera sCMOS gydag allbwn 16-bit gofnodi gwahaniaethau cynnil a fyddai'n anweledig mewn system dyfnder bit is, gan ei gwneud yn hanfodol ar gyfer cymwysiadau sydd angen cywirdeb meintiol.
Faint o Ddyfnder Bit Sydd Ei Angen Arnoch Chi?
Mae llawer o gymwysiadau angen lefelau signal uchel ac ystod ddeinamig uchel, ac os felly gall dyfnder bit uchel (14-bit, 16-bit neu fwy) fod o fudd.
Fel arfer, gyda delweddu golau isel, fodd bynnag, bydd y dyfnder bit sydd ar gael yn darparu dwysterau dirlawnder llawer uwch nag a gyrhaeddir yn y rhan fwyaf o achosion. Yn enwedig ar gyfer camerâu 16-bit, oni bai bod yr enillion yn arbennig o uchel, anaml y bydd angen yr ystod 16-bit lawn.
Gall camerâu cyflymder uwch neu ddulliau camera fod yn 8-bit yn unig, a all fod yn fwy cyfyngol, er bod y cyflymderau uwch y gall dulliau 8-bit eu galluogi yn aml yn gwneud y cyfaddawd yn werth chweil. Gall gweithgynhyrchwyr camerâu gynyddu hyblygrwydd dulliau 8-bit i ymdopi â lefelau signal nodweddiadol gwahanol gymwysiadau delweddu trwy osodiadau ennill newidiol.
Dewis y Dyfnder Bit Cywir ar gyfer Eich Cais
Dyma gyfeirnod cyflym ar gyfer paru dyfnder bitiau â senarios delweddu gwyddonol cyffredin:
| Cais | Dyfnder Bit Argymhelliedig | Rheswm |
| Microsgopeg Fflwroleuedd | 16-bit | Canfod signalau gwan a gwahaniaethau dwyster cynnil |
| Delweddu Seryddiaeth | 14–16-bit | Cipio ystod ddeinamig uchel mewn amodau golau isel |
| Arolygiad Diwydiannol | 12–14-bit | Nodwch ddiffygion bach yn glir |
| Dogfennaeth Gyffredinol | 8-bit | Digonol at ddibenion anfeintiol |
| Spectrosgopeg | 16-bit | Cadw amrywiadau mân mewn data sbectrol |
Cyfaddawdau:
●Dyfnder bit uwch= datrysiad a chywirdeb tonal gwell, ond ffeiliau mwy ac amseroedd prosesu hirach.
●Dyfnder bit is= caffael cyflymach a ffeiliau llai, ond risg o golli manylion cynnil.
Dyfnder Bit vs Manylebau Camera Eraill
Er bod dyfnder bit yn bwysig, dim ond un darn o'r pos ydyw wrth ddewis camera wyddonol.
Math o Synhwyrydd (CCD vs CMOS vs sCMOS)
● Mae gan bensaernïaethau synhwyrydd gwahanol sŵn darllen, ystod ddeinamig ac effeithlonrwydd cwantwm amrywiol. Er enghraifft, gall synhwyrydd dyfnder-did uchel gydag effeithlonrwydd cwantwm gwael gael trafferth mewn delweddu golau isel o hyd.
Effeithlonrwydd Cwantwm (QE)
● Mae QE yn diffinio pa mor effeithlon y mae synhwyrydd yn trosi ffotonau yn electronau. Mae QE uchel yn hanfodol ar gyfer dal signalau gwan, a phan gaiff ei baru â dyfnder bit digonol, mae'n gwneud y mwyaf o gywirdeb data.
Ystod Dynamig
● Mae ystod ddeinamig camera yn pennu'r rhychwant rhwng y signalau mwyaf gwan a mwyaf disglair y gall eu dal ar yr un pryd. Mae ystod ddeinamig uwch yn fwyaf buddiol pan gaiff ei chyfateb â dyfnder bit sy'n gallu cynrychioli'r lefelau disgleirdeb hynny.
Nodyn:
Ni fydd dyfnder bit uwch yn gwella ansawdd delwedd os yw cyfyngiadau system eraill (fel sŵn neu opteg) yn rhwystr gwirioneddol.
Er enghraifft, gallai camera 8-bit gyda sŵn isel iawn berfformio'n well na system 16-bit swnllyd mewn rhai cymwysiadau.
Casgliad
Mewn delweddu gwyddonol, mae dyfnder bit yn fwy na manyleb dechnegol - mae'n ffactor sylfaenol wrth gasglu data cywir a dibynadwy.
O ganfod strwythurau gwan mewn microsgopeg i gofnodi galaethau pell mewn seryddiaeth, mae'r dyfnder didau cywir yn sicrhau bod eich camera gwyddonol yn cadw'r manylion a'r mesuriadau y mae eich ymchwil yn dibynnu arnynt.
Wrth ddewis camera:
1. Cydweddwch ddyfnder y bitiau ag anghenion manwl gywirdeb eich cymhwysiad.
2. Ystyriwch ef ochr yn ochr â manylebau hanfodol eraill fel effeithlonrwydd cwantwm, sŵn ac ystod ddeinamig.
3. Cofiwch fod dyfnder bit uwch yn fwyaf gwerthfawr pan all eich system fanteisio arno.
Os ydych chi'n chwilio amCamera CMOS orcamera sCMOSwedi'u cynllunio ar gyfer delweddu gwyddonol dyfnder uchel, archwiliwch ein hamrywiaeth o fodelau wedi'u peiriannu ar gyfer manwl gywirdeb, dibynadwyedd a chywirdeb data.
Cwestiynau Cyffredin
Beth yw'r gwahaniaeth ymarferol rhwng 12-bit, 14-bit, a 16-bit mewn delweddu gwyddonol?
Yn ymarferol, mae'r naid o 12-bit (4,096 lefel) i 14-bit (16,384 lefel) ac yna i 16-bit (65,536 lefel) yn caniatáu gwahaniaethu mwy a mwy manwl rhwng gwerthoedd disgleirdeb.
● Mae 12-bit yn ddigonol ar gyfer llawer o gymwysiadau diwydiannol a dogfennu lle mae goleuadau'n cael eu rheoli'n dda.
● Mae 14-bit yn cynnig cydbwysedd da o gywirdeb a maint ffeil y gellir ei reoli, sy'n ddelfrydol ar gyfer y rhan fwyaf o lif gwaith labordy.
● Mae 16-bit yn rhagori mewn senarios golau isel, ystod ddeinamig uchel fel microsgopeg fflwroleuol neu ddelweddu seryddol, lle mae'r gallu i gofnodi signalau gwan heb golli manylion llachar yn hanfodol.
Fodd bynnag, cofiwch fod yn rhaid i sŵn synhwyrydd y camera a'r ystod ddeinamig fod yn ddigon da i ddefnyddio'r camau tonal ychwanegol hynny - fel arall, efallai na fydd y manteision yn cael eu gwireddu.
A yw dyfnder bit uwch bob amser yn arwain at ddelweddau gwell?
Nid yn awtomatig. Mae dyfnder y bit yn pennu datrysiad tonal posibl, ond mae ansawdd gwirioneddol y ddelwedd yn dibynnu ar ffactorau eraill, gan gynnwys:
● Sensitifrwydd synhwyrydd (effeithlonrwydd cwantwm)
● Sŵn darllen
● Ansawdd opteg
● Sefydlogrwydd goleuo
Er enghraifft, efallai na fydd camera CMOS 16-bit sŵn uchel yn dal mwy o fanylion defnyddiol na chamera sCMOS 12-bit sŵn isel mewn rhai amodau. Mewn geiriau eraill, mae dyfnder bit uwch yn fwyaf buddiol pan gaiff ei baru â system ddelweddu sydd wedi'i optimeiddio'n dda.
A allaf i lawr-samplu o ddelwedd dyfnder bit uchel heb golli data pwysig?
Ydy — mewn gwirionedd, mae hwn yn arfer cyffredin. Mae cipio ar ddyfnder bit uwch yn rhoi hyblygrwydd i chi ar gyfer ôl-brosesu a dadansoddi meintiol. Gallwch chi ostwng samplu i 8-bit yn ddiweddarach ar gyfer cyflwyno neu archifo, gan gadw canlyniadau'r dadansoddiad heb gadw'r set ddata lawn. Gwnewch yn siŵr bod y ffeiliau gwreiddiol â dyfnder bit uchel wedi'u storio yn rhywle os oes angen ail-ddadansoddi.
Pa rôl mae dyfnder bit yn ei chwarae mewn mesuriadau gwyddonol meintiol?
Mewn delweddu meintiol, mae dyfnder bit yn dylanwadu'n uniongyrchol ar ba mor gywir y mae gwerthoedd picsel yn cynrychioli dwysterau signal y byd go iawn. Mae hyn yn hanfodol ar gyfer:
● Microsgopeg – Mesur newidiadau dwyster fflwroleuedd ar y lefel gelllog.
● Spectrosgopeg – Canfod newidiadau cynnil mewn llinellau amsugno/allyriad.
● Seryddiaeth – Cofnodi ffynonellau golau gwan dros amlygiadau hir.
Yn yr achosion hyn, gall dyfnder bit annigonol achosi gwallau talgrynnu neu docio signal, gan arwain at ddehongli data anghywir.
Eisiau dysgu mwy? Cymerwch olwg ar erthyglau cysylltiedig:
[Ystod Dynamig] – Beth yw Ystod Dynamig?
Effeithlonrwydd Cwantwm mewn Camerâu Gwyddonol: Canllaw i Ddechreuwyr
Tucsen Photonics Co., Ltd. Cedwir pob hawl. Wrth ddyfynnu, cydnabyddwch y ffynhonnell:www.tucsen.com
