[ Pikselikoko ] Yksi tärkeimmistä kameran ominaisuuksista kuvantamisen optimoimiseksi

Kameran pikselikoko viittaa kameran kennon yksittäisen pikselin fyysisiin mittoihin (leveys ja korkeus), jotka tyypillisesti mitataan mikrometreinä (μm). Se on ratkaiseva ominaisuus, joka vaikuttaa sekä kameran herkkyyteen että sen kykyyn tallentaa hienoja yksityiskohtia. Kuvan pikselikoko (joka johtuu kennon pikselikoosta ja optisen järjestelmän suurennuksesta) on kuitenkin suorempi rooli monien kuvantamisominaisuuksien määrittämisessä.

 

1. Anturin pikselikoon ja kuvan pikselikoon välinen suhde

 

Anturin pikselikoko vs. kuvan pikselikoko:

 

Anturin pikselikoko on yksittäisen pikselin fyysinen koko anturissa. Kuvan pikselikoko määräytyy kuitenkin jakamalla anturin pikselikoko järjestelmän suurennuksella.

Optisen järjestelmän suurennus (jonka määräävät optiset komponentit, kuten linssit tai mikroskooppiobjektiivit) on ratkaisevassa roolissa kuvan efektiivisen pikselikoon kannalta.

 

Optisten järjestelmien vaikutus:

 

Kiinteän polttotason järjestelmät (esim. mikroskooppiobjektiivit) vs. tarkennettavat järjestelmät (esim. perinteiset kameran linssit):

Kiinteän polttotason järjestelmissä pikselin koko liittyy suoraan suurennukseen, ja suuremmat pikselit voivat kerätä enemmän valoa, mikä tarjoaa suuremman herkkyyden.

Tarkennettavissa järjestelmissä suurennusta voidaan säätää muuttamalla etäisyyttä kohteeseen tai käyttämällä zoom-objektiiveja, mikä puolestaan ​​muuttaa kuvan tehollista pikselikokoa.

 

2. Herkkyys ja pikselikoko

 

Suuremmat pikselit ja herkkyys:

 

Suuremmat pikselit voivat kerätä enemmän valoa, mikä parantaa kameran herkkyyttä erityisesti hämärässä.

Analogia: Suuremmat pikselit ovat kuin ämpäri verrattuna sadeveden keräämiseen tarkoitettuun kuppiin – suurempi alue kerää enemmän fotoneja, mikä lisää herkkyyttä.

Esimerkiksi jos pikselin koko kaksinkertaistuu sekä X- että Y-suunnassa, pikselin pinta-ala kasvaa nelinkertaiseksi, mikä tarkoittaa, että se voi kerätä neljä kertaa enemmän fotoneja.

 

Hämärän valon kuvauksen edut:

 

Suurempi pikselikoko parantaa merkittävästi kameran kykyä tallentaa heikkoja valosignaaleja, mikä lyhentää tarvittavaa valotusaikaa tai valotasoa.

 

3. Pikselikoko vs. kuvan resoluutio

 

Ratkaisun kompromissi:

 

Suuremmat pikselit voivat parantaa herkkyyttä, mutta ne voivat myös heikentää pienten yksityiskohtien erottelukykyä.

Esimerkki: 1 μm:n pikselillä on vaikeuksia erottaa alle 2 μm:n kokoisia yksityiskohtia, koska vierekkäiset ominaisuudet sulautuvat toisiinsa.

Pikselöitymisaste kasvaa pikselien koon kasvaessa, mikä tarkoittaa, että kuvan hienommat yksityiskohdat hämärtyvät.

 

Optisen järjestelmän rajoitukset:

 

Optisen järjestelmän resoluutio on myös rajoittava tekijä hienojen yksityiskohtien erottelussa. Jokaisella optisella järjestelmällä on raja, jonka ylittyessä pikselikoon pienentäminen ei paranna resoluutiota, mutta vähentää herkkyyttä.

Mikroskooppiobjektiivipohjaisissa järjestelmissä numeerinen aukko (NA) määrittää ensisijaisesti tämän resoluution rajan.

 

4. Pikselikoon sovittaminen optiseen järjestelmään

 

Ihanteellinen pikselikoko korkean NA:n omaaville mikroskoopeille:

 

6,5 μm:n pikselikoon omaava kamera sopii ihanteellisesti 60x suurentaviin, suuren nanokiteen omaaviin mikroskooppiobjektiiveihin.

10 tai 11 μm:n pikselikoolla varustetut kamerat sopivat parhaiten 100x suurennuksella varustetuille objektiiveille.

Suuremmat pikselit voivat tuottaa suuremman herkkyyden, mutta pienemmät pikselit eivät välttämättä paranna yksityiskohtien tarkkuutta; ne ovat hyödyllisempiä hienompien kuvan yksityiskohtien tallentamiseen vain, jos optinen järjestelmä tukee tällaista tarkkuutta.

 

5. Johtopäätös: Pikselikoon, herkkyyden ja resoluution tasapainottaminen

 

Pikselikoon kompromissi:

Suuremmat pikselit sopivat paremmin hämäräkuvaukseen ja herkkyyden parantamiseen, mutta heikentävät kykyä erottaa hienoja kuvan yksityiskohtia.

Pienemmät pikselit parantavat kuvan tarkkuutta, mutta voivat heikentää herkkyyttä, erityisesti hämärässä.

 

Järjestelmän yhteensovitus:

Ihanteellinen kameran pikselikoko riippuu käytettävästä optisesta järjestelmästä. Suuremmalla suurennuksella varustetuissa järjestelmissä (kuten suuren nanokiteisyyden omaavissa mikroskoopeissa) pikselikoko on tasapainotettava optisen järjestelmän erotuskyvyn ja aiotun kuvantamissovelluksen kanssa.