25/02/2022Το μέγεθος των pixel της κάμερας αναφέρεται στις φυσικές διαστάσεις (πλάτος και ύψος) κάθε μεμονωμένου pixel στον αισθητήρα της κάμερας, που συνήθως μετρώνται σε μικρόμετρα (μm). Είναι μια κρίσιμη προδιαγραφή που επηρεάζει τόσο την ευαισθησία της κάμερας όσο και την ικανότητά της να καταγράφει μικρές λεπτομέρειες. Ωστόσο, το μέγεθος των pixel της εικόνας (που προκύπτει από το μέγεθος των pixel του αισθητήρα και τη μεγέθυνση του οπτικού συστήματος) παίζει πιο άμεσο ρόλο στον καθορισμό πολλών ιδιοτήτων απεικόνισης.
1. Η σχέση μεταξύ μεγέθους pixel αισθητήρα και μεγέθους pixel εικόνας
Μέγεθος pixel αισθητήρα έναντι μεγέθους pixel εικόνας:
Το μέγεθος pixel του αισθητήρα είναι το φυσικό μέγεθος ενός μεμονωμένου pixel στον αισθητήρα. Ωστόσο, το μέγεθος pixel της εικόνας καθορίζεται από το μέγεθος pixel του αισθητήρα διαιρούμενο με τη μεγέθυνση του συστήματος.
Η μεγέθυνση του οπτικού συστήματος (η οποία καθορίζεται από τα οπτικά εξαρτήματα όπως οι φακοί ή οι αντικειμενικοί φακοί του μικροσκοπίου) παίζει κρίσιμο ρόλο στο πραγματικό μέγεθος των pixel της εικόνας.
Επιπτώσεις των Οπτικών Συστημάτων:
Συστήματα Σταθερού Εστιακού Επιπέδου (π.χ., αντικειμενικοί φακοί μικροσκοπίου) έναντι Συστημάτων Εστίασης (π.χ., συμβατικοί φακοί κάμερας):
Σε συστήματα σταθερού εστιακού επιπέδου, το μέγεθος των pixel σχετίζεται άμεσα με τη μεγέθυνση και τα μεγαλύτερα pixel μπορούν να συλλέξουν περισσότερο φως, προσφέροντας μεγαλύτερη ευαισθησία.
Στα συστήματα με δυνατότητα εστίασης, η μεγέθυνση μπορεί να ρυθμιστεί αλλάζοντας την απόσταση από το θέμα ή χρησιμοποιώντας φακούς ζουμ, κάτι που με τη σειρά του μεταβάλλει το πραγματικό μέγεθος των pixel της εικόνας.
2. Ευαισθησία και μέγεθος εικονοστοιχείων
Μεγαλύτερα pixel και ευαισθησία:
Τα μεγαλύτερα pixel μπορούν να συλλέξουν περισσότερο φως, βελτιώνοντας την ευαισθησία της κάμερας, ειδικά σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Αναλογία: Τα μεγαλύτερα pixel είναι σαν ένας κουβάς σε σύγκριση με ένα φλιτζάνι για τη συλλογή βρόχινου νερού—η μεγαλύτερη περιοχή συλλέγει περισσότερα φωτόνια, γεγονός που αυξάνει την ευαισθησία.
Για παράδειγμα, αν το μέγεθος ενός pixel διπλασιαστεί και στις δύο κατευθύνσεις X και Y, η περιοχή του pixel αυξάνεται τέσσερις φορές, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να συλλέξει τέσσερις φορές περισσότερα φωτόνια.
Πλεονεκτήματα απεικόνισης σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού:
Το αυξημένο μέγεθος pixel βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα της κάμερας να καταγράφει αδύναμα φωτεινά σήματα, μειώνοντας τον απαιτούμενο χρόνο έκθεσης ή το επίπεδο φωτός.
3. Μέγεθος εικονοστοιχείου έναντι ανάλυσης εικόνας
Αντιστάθμιση Ανάλυσης:
Τα μεγαλύτερα pixel μπορεί να βελτιώσουν την ευαισθησία, αλλά μπορούν επίσης να μειώσουν την ικανότητα ανάλυσης λεπτών λεπτομερειών.
Παράδειγμα: Ένα εικονοστοιχείο 1 μm θα δυσκολευτεί να διακρίνει λεπτομέρειες μικρότερες από 2 μm, καθώς τα γειτονικά χαρακτηριστικά θα θολώνουν το ένα μέσα στο άλλο.
Ο βαθμός pixelation αυξάνεται με τα μεγαλύτερα pixel, πράγμα που σημαίνει ότι οι λεπτότερες λεπτομέρειες στην εικόνα θα γίνουν ασαφείς.
Περιορισμοί οπτικού συστήματος:
Η ανάλυση του οπτικού συστήματος είναι επίσης ένας περιοριστικός παράγοντας στην ανάλυση των λεπτών λεπτομερειών. Κάθε οπτικό σύστημα έχει ένα όριο πέρα από το οποίο η μείωση του μεγέθους των pixel δεν θα βελτιώσει την ανάλυση, αλλά θα μειώσει την ευαισθησία.
Για συστήματα που βασίζονται σε αντικειμενικούς φακούς μικροσκοπίου, το Αριθμητικό Διάφραγμα (NA) καθορίζει κυρίως αυτό το όριο ανάλυσης.
4. Αντιστοίχιση μεγέθους εικονοστοιχείου με το οπτικό σύστημα
Ιδανικό μέγεθος pixel για μικροσκόπια High-NA:
Μια κάμερα με μέγεθος pixel 6,5 μm ταιριάζει ιδανικά με αντικειμενικούς φακούς μικροσκοπίου υψηλής ευκρίνειας 60x.
Οι κάμερες με pixel 10 ή 11 μm είναι οι πλέον κατάλληλες για αντικειμενικούς φακούς 100x υψηλής ευκρίνειας (NA).
Τα μεγαλύτερα pixel μπορούν να αποδώσουν υψηλότερη ευαισθησία, αλλά τα μικρότερα pixel δεν βελτιώνουν απαραίτητα την ανάλυση λεπτομερειών. Είναι πιο χρήσιμα για τη λήψη λεπτότερων λεπτομερειών εικόνας μόνο εάν το οπτικό σύστημα μπορεί να υποστηρίξει τέτοια ανάλυση.
5. Συμπέρασμα: Εξισορρόπηση μεγέθους εικονοστοιχείων, ευαισθησίας και ανάλυσης
Αντιστάθμιση μεγέθους pixel:
Τα μεγαλύτερα pixel είναι καλύτερα για απεικόνιση σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού και βελτίωση της ευαισθησίας, αλλά θυσιάζουν την ικανότητα ανάλυσης λεπτών λεπτομερειών εικόνας.
Τα μικρότερα pixel βελτιώνουν την ανάλυση της εικόνας, αλλά ενδέχεται να μειώσουν την ευαισθησία, ειδικά σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού.
Αντιστοίχιση συστήματος:
Το ιδανικό μέγεθος pixel της κάμερας εξαρτάται από το οπτικό σύστημα που χρησιμοποιείται. Για συστήματα με μεγαλύτερη μεγέθυνση (όπως τα μικροσκόπια υψηλής ανάλυσης NA), το μέγεθος του pixel πρέπει να εξισορροπείται με την αναλυτική ισχύ του οπτικού συστήματος και την προβλεπόμενη εφαρμογή απεικόνισης.
