2022/02/25Kameraets pixelstørrelse refererer til de fysiske dimensioner (bredde og højde) af hver enkelt pixel på kamerasensoren, typisk målt i mikrometer (μm). Det er en afgørende specifikation, der påvirker både kameraets følsomhed og dets evne til at indfange fine detaljer. Billedpixelstørrelsen (som følge af sensorens pixelstørrelse og det optiske systems forstørrelse) spiller dog en mere direkte rolle i bestemmelsen af mange billeddannelsesegenskaber.
1. Forholdet mellem sensorens pixelstørrelse og billedpixelstørrelse
Sensorpixelstørrelse vs. billedpixelstørrelse:
Sensorens pixelstørrelse er den fysiske størrelse af en enkelt pixel på sensoren. Billedpixelstørrelsen bestemmes dog af sensorens pixelstørrelse divideret med systemets forstørrelse.
Det optiske systems forstørrelse (som bestemmes af de optiske komponenter som linser eller mikroskopobjektiver) spiller en afgørende rolle i den effektive billedpixelstørrelse.
Virkning af optiske systemer:
Faste fokusplansystemer (f.eks. mikroskopobjektiver) vs. fokuserbare systemer (f.eks. konventionelle kameralinser):
I systemer med fast fokalplan er pixelstørrelsen direkte relateret til forstørrelsen, og større pixels kan opsamle mere lys, hvilket giver større følsomhed.
I fokuseringssystemer kan forstørrelsen justeres ved at ændre afstanden til motivet eller bruge zoomobjektiver, hvilket igen ændrer den effektive billedpixelstørrelse.
2. Følsomhed og pixelstørrelse
Større pixels og følsomhed:
Større pixels kan opsamle mere lys, hvilket forbedrer kameraets følsomhed, især under dårlige lysforhold.
Analogi: Større pixels er som en spand sammenlignet med en kop til opsamling af regnvand – det større område samler flere fotoner, hvilket øger følsomheden.
Hvis for eksempel en pixels størrelse fordobles i både X- og Y-retningen, øges pixelarealet fire gange, hvilket betyder, at den kan indsamle fire gange flere fotoner.
Fordele ved billeddannelse i svagt lys:
Øget pixelstørrelse forbedrer kameraets evne til at opfange svage lyssignaler betydeligt, hvilket reducerer den nødvendige eksponeringstid eller lysniveau.
3. Pixelstørrelse vs. billedopløsning
Afvejning af opløsning:
Større pixels kan forbedre følsomheden, men de kan også reducere evnen til at opløse fine detaljer.
Eksempel: En pixel på 1 μm vil have svært ved at opløse detaljer mindre end 2 μm, da de tilstødende funktioner vil sløre ind i hinanden.
Graden af pixelering øges med større pixels, hvilket betyder, at finere detaljer i billedet bliver utydelige.
Begrænsninger i det optiske system:
Optisk systemopløsning er også en begrænsende faktor i opløsningen af fine detaljer. Hvert optisk system har en grænse, ud over hvilken reduktion af pixelstørrelsen ikke vil forbedre opløsningen, men vil reducere følsomheden.
For systemer baseret på mikroskopobjektiv bestemmer den numeriske apertur (NA) primært denne opløsningsgrænse.
4. Matchning af pixelstørrelse til optisk system
Ideel pixelstørrelse til mikroskoper med høj NA:
Et kamera med en pixelstørrelse på 6,5 μm passer ideelt til 60x høj-NA mikroskopobjektiver.
Kameraer med 10 eller 11 μm pixels er bedst egnet til 100x høj-NA objektiver.
Større pixels kan give højere følsomhed, men mindre pixels forbedrer ikke nødvendigvis detaljeopløsningen; de er kun mere nyttige til at indfange finere billeddetaljer, hvis det optiske system kan understøtte en sådan opløsning.
5. Konklusion: Balancering af pixelstørrelse, følsomhed og opløsning
Afvejning af pixelstørrelse:
Større pixels er bedre til billeder i svagt lys og til forbedring af følsomheden, men det går ud over evnen til at opløse fine billeddetaljer.
Mindre pixels forbedrer billedopløsningen, men kan reducere følsomheden, især under dårlige lysforhold.
Systemmatchning:
Den ideelle pixelstørrelse for kameraet afhænger af det anvendte optiske system. For systemer med højere forstørrelse (som f.eks. mikroskoper med høj NA) skal pixelstørrelsen afbalanceres med det optiske systems opløsningsevne og den tilsigtede billeddannelsesanvendelse.
