25/09/04Ann an ìomhaighean didseatach, tha e furasta a bhith den bheachd gu bheil rùn nas àirde a’ ciallachadh dealbhan nas fheàrr gu fèin-ghluasadach. Bidh luchd-saothrachaidh camarathan gu tric a’ margaidheachd shiostaman stèidhichte air àireamhan megapixel, agus bidh luchd-saothrachaidh lionsan a’ cur cuideam air cumhachd rùnaidh agus geur-leanmhainn. Ach, ann an cleachdadh, chan eil càileachd ìomhaigh an urra ri sònrachaidhean an lionsa no an sensor leotha fhèin a-mhàin ach cuideachd air dè cho math ‘s a tha iad air am maidseadh.
Seo far a bheil samplachadh Nyquist a’ tighinn a-steach don gheama. ’S e prionnsabal a bh’ ann bho thùs ann an giullachd chomharran, agus tha slatan-tomhais Nyquist a’ suidheachadh an fhrèam teòiridheach airson mion-fhiosrachadh a ghlacadh gu ceart. Ann an ìomhaighean, bidh e a’ dèanamh cinnteach gu bheil an rùn optigeach a lìbhrigeas lionsa agus an rùn didseatach de sensor camara ag obair còmhla gu co-chòrdail.
Tha an t-artaigil seo a’ mìneachadh samplachadh Nyquist ann an co-theacsa ìomhaighean, a’ mìneachadh a’ chothromachaidh eadar rùn optigeach agus rùn camara, agus a’ toirt seachad stiùiridhean practaigeach airson tagraidhean bho dhealbhan-camara gu ìomhaighean saidheansail.
Dè a th' ann an Samplachadh Nyquist?
Figear 1: Teoirim samplachaidh Nyquist
Mullach:Tha comharra sinusoidal (cyan) air a thomhas, no air a samplachadh, aig iomadh puing. Tha an loidhne liath fhada-phìosach a’ riochdachadh 1 tomhas gach cearcall den chomharra sinusoidal, a’ glacadh dìreach prìomhan nan comharran, a’ falach fìor nàdar a’ chomharra gu tur. Tha an lùb dhearg, le mion-phìosan, a’ glacadh 1.1 tomhas gach sampall, a’ nochdadh sinusoid ach a’ mì-riochdachadh a tricead. Tha seo coltach ri pàtran Moiré.
Bun:Chan eil fìor nàdar a’ chomharra a’ tòiseachadh ri bhith air a ghlacadh ach nuair a thèid 2 shampall a ghabhail gach cearcall (loidhne dhotagach purpaidh).
’S e prionnsabal cumanta a th’ ann an teòirim samplachaidh Nyquist thar giollachd chomharran ann an eileagtronaig, giollachd claisneachd, ìomhaighean agus raointean eile. Tha an teòirim a’ dèanamh soilleir, gus tricead sònraichte ann an comharra ath-chruthachadh, gum feumar tomhasan a dhèanamh co-dhiù dà uair na tricead sin, mar a chithear ann am Figear 1. A thaobh ar rùn optigeach, tha seo a’ ciallachadh gum feum meud piogsail an àite nì againn a bhith co-dhiù leth den mhion-fhiosrachadh as lugha a tha sinn a’ feuchainn ri ghlacadh, no, a thaobh miocroscop, leth rùn a’ mhicrosgop.
Figear 2: Samplachadh Nyquist le piogsail ceàrnagach: tha stiùireadh cudromach
Ma chleachdas tu camara le griod de piogsail ceàrnagach, cha ghlac am factar samplachaidh 2x de theòirim Nyquist ach mion-fhiosrachadh a tha air an co-thaobhadh gu foirfe ris a’ ghriod piogsail gu ceart. Ma thathar a’ feuchainn ri structaran fhuasgladh aig ceàrn ris a’ ghriod piogsail, tha meud èifeachdach a’ phiogsail nas motha, suas ri √2 uiread nas motha aig an trast-thomhas. Mar sin, feumaidh an ìre samplachaidh a bhith 2√2 uiread na tricead fànais a tha thu ag iarraidh gus mion-fhiosrachadh a ghlacadh aig 45o ris a’ ghriod piogsail.
Tha an t-adhbhar airson seo follaiseach le bhith a’ beachdachadh air Figear 2 (leth àrd). Smaoinich gu bheil meud a’ phicteil air a shuidheachadh chun rùn optigeach, a’ toirt do mhullaichean dà thùs puing faisg air làimh, no mion-fhiosrachadh sam bith a tha sinn a’ feuchainn ri fhuasgladh, gach fear le a phicteil fhèin. Ged a thèid iad sin a lorg air leth an uairsin, chan eil comharradh sam bith anns na tomhais a thig às gu bheil iad nan dà mhullach air leth - agus a-rithist chan eil ar mìneachadh air “fuasgladh” air a choileanadh. Tha feum air piogsail eatarra, a’ glacadh troimh den chomharra. Tha seo air a choileanadh le bhith co-dhiù a’ dùblachadh an ìre samplachaidh fànais, i.e. a’ leth-mheudachadh meud piogsail àite an nì.
Rùn Optaigeach an aghaidh Rùn Camara
Gus tuigse fhaighinn air mar a tha samplachadh Nyquist ag obair ann an ìomhaighean, feumaidh sinn eadar-dhealachadh a dhèanamh eadar dà sheòrsa rùn:
● Rùn Optaigeach: Air a dhearbhadh leis an lionsa, tha rùn optaigeach a’ toirt iomradh air a comas mion-fhiosrachadh a thoirt a-mach. Bidh factaran leithid càileachd lionsa, fosgladh, agus diffraction a’ suidheachadh a’ chrìoch seo. Bithear gu tric a’ cleachdadh gnìomh gluasaid modulachaidh (MTF) gus tomhas dè cho math ‘s a bhios lionsa a’ sgaoileadh eadar-dhealachaidh aig diofar triceadan fànais.
● Rùn a’ Chamara: Air a dhearbhadh leis an sensor, tha rùn a’ chamara an urra ri meud a’ phiotsagail, astar a’ phiotsagail, agus tomhasan iomlan a’ sensor. Tha astar a’ phiotsagail aigCamara CMOSa’ mìneachadh gu dìreach a tricead Nyquist, a tha a’ dearbhadh na mion-fhiosrachaidh as motha as urrainn don sensor a ghlacadh.
Nuair nach eil an dà rud seo co-thaobhadh, bidh duilgheadasan ag èirigh. Tha lionsa a tha nas àirde na cumhachd fuasglaidh an sensor gu h-èifeachdach air a “chaoidh”, leis nach urrainn don sensor a h-uile mion-fhiosrachadh a ghlacadh. Air an làimh eile, bidh sensor àrd-rùn còmhla ri lionsa ìosal-inbhe a’ leantainn gu ìomhaighean nach eil a’ fàs nas fheàrr a dh’aindeoin barrachd megapixels.
Mar a chothromaicheas tu rùn optigeach agus camara
Tha cothromachadh optaig agus mothachairean a’ ciallachadh a bhith a’ maidseadh tricead Nyquist an mothachaidh le tricead gearraidh optaigeach na lionsa.
● Tha tricead Nyquist mothachair camara air a thomhas mar 1 / (2 × raon piogsail). Tha seo a’ mìneachadh an tricead fànais as àirde as urrainn don mhothachair samplachadh gun a bhith a’ dèanamh aliasing.
● Tha an tricead gearraidh optaigeach an urra ri feartan lionsa agus diffraction.
Airson na toraidhean as fheàrr, bu chòir tricead Nyquist an sensor a bhith co-chòrdail ri no beagan nas àirde na comas fuasglaidh an lionsa. Ann an cleachdadh, is e deagh riaghailt choitcheann dèanamh cinnteach gu bheil raon a’ phigseil mu leth den mheud feart fuasglaidh as lugha den lionsa.
Mar eisimpleir, ma tha lionsa comasach air mion-fhiosrachadh a rèiteachadh sìos gu 4 micromeatairean, bidh sensor le meudan piogsail de ~2 micromeatairean a’ cothromachadh an t-siostaim gu math.
A’ maidseadh Nyquist le rùn camara & dùbhlan piogsail ceàrnagach
Is e an co-rèiteachadh le bhith a’ lùghdachadh meud piogsail àite nì lùghdachadh ann an comas cruinneachadh solais. Mar sin, tha e cudromach cothromachadh a dhèanamh eadar an fheum air rùn agus airson cruinneachadh solais. A bharrachd air an sin, bidh meudan piogsail àite nì nas motha buailteach raon seallaidh nas motha a thoirt seachad airson cuspair an ìomhaigh. Airson tagraidhean aig a bheil feum air rùn mionaideach, thathar ag ràdh gu bheil cothromachadh as fheàrr air a bhualadh mar a leanas: Bu chòir meud piogsail àite nì, nuair a thèid a iomadachadh le factar àraidh gus cunntas a thoirt air Nyquist, a bhith co-ionann ris an rùn optigeach. Canar rùn camara ris a’ mheud seo.
Bidh cothromachadh optaig agus mothachairean gu tric an urra ri dèanamh cinnteach gu bheil rùn samplachaidh èifeachdach a’ chamara a’ freagairt ri crìoch rùn optaigeach na lionsa. Thathar ag ràdh gu bheil siostam “a’ freagairt ri Nyquist” nuair:
Rùn camara = Rùn optaigeach
Far a bheil rùn a’ chamara air a thoirt seachad le:
Is e 2.3 am bàillidh airson Nyquist a thoirt fa-near a thathas gu tric a’ moladh, chan e 2. Seo an t-adhbhar airson seo.
Tha piogsail a’ chamara (mar as trice) ceàrnagach, agus air an cur air dòigh air griod 2-mheudach. Tha meud nam piogsail mar a tha e air a mhìneachadh airson a chleachdadh anns a’ cho-aontar mu choinneamh a’ riochdachadh leud nam piogsail air feadh ais a’ ghriod seo. Ma tha na feartan a tha sinn a’ feuchainn ri fhuasgladh aig ceàrn sam bith ach iomadachadh foirfe de 90° an coimeas ris a’ ghriod seo, bidh meud èifeachdach nam piogsail nas motha, suas ri √2 ≈ 1.41 uiread meud nam piogsail aig 45°. Tha seo air a shealltainn ann am Figear 2 (leth ìosal).
Mar sin, bhiodh am factar a thathar a’ moladh a rèir slatan-tomhais Nyquist anns a h-uile treòrachadh 2√2 ≈ 2.82. Ach, air sgàth a’ cho-rèiteachaidh a chaidh ainmeachadh roimhe eadar rùn agus cruinneachadh solais, thathas a’ moladh luach co-rèiteachaidh de 2.3 mar riaghailt choitcheann.
Dreuchd Samplachaidh Nyquist ann an Ìomhaighean
’S e samplachadh Nyquist geata dìlseachd ìomhaigh. Nuair a thuiteas an ìre samplachaidh fo chrìoch Nyquist:
● Fo-shamplachadh → ag adhbhrachadh aliasing: mion-fhiosrachadh meallta, oirean biorach, no pàtrain moiré.
● Thar-shamplachadh → a’ glacadh barrachd dàta na as urrainn don optaig a lìbhrigeadh, agus mar thoradh air sin chan eil an toradh cho math: faidhlichean nas motha agus iarrtasan giullachd nas àirde gun leasachaidhean follaiseach.
Nì samplachadh ceart cinnteach gu bheil na h-ìomhaighean geur agus fìor don fhìrinn. Bheir e cothromachadh eadar cuir-a-steach optigeach agus glacadh didseatach, a’ seachnadh rùn air a chall air aon taobh no nithean meallta air an taobh eile.
Cleachdaidhean Practaigeach
Chan e dìreach teòiridh a th’ ann an samplachadh Nyquist — tha tagraidhean cudromach aige thar diofar chuspairean ìomhaighean:
● Mìcrosgopaidh:Feumaidh luchd-rannsachaidh mothachairean a thaghadh a bhios a’ samplachadh co-dhiù dà uiread na mion-fhiosrachaidh as lugha a ghabhas fuasgladh leis an lionsa amas. A’ taghadh an fhear cheartcamara microsgopaidhtha seo deatamach, oir feumaidh meud a’ phicteil a bhith co-chòrdail ris an rùn aig amas a’ mhicreasgòip a tha cuibhrichte ri diffraction. Is fheàrr le deuchainn-lannan an latha an-diugh gu triccamarathan sCMOS, a bheir cothromachadh de chugallachd, raon fiùghantach, agus structaran piogsail mìn airson ìomhaighean bith-eòlasach àrd-choileanaidh.
● Dealbhan-camara:Bidh càraideadh mothachairean àrd-megapixel le lionsan nach urrainn mion-fhiosrachadh a cheart cho mionaideach a rèiteachadh gu tric a’ leantainn gu leasachaidhean glè bheag ann an geur-leanmhainn. Bidh dealbhadairean proifeasanta a’ cothromachadh lionsan agus camarathan gus rùn a chall a sheachnadh.
● Dealbhan-camara:Bidh càraideadh mothachairean àrd-megapixel le lionsan nach urrainn mion-fhiosrachadh a cheart cho mionaideach a rèiteachadh gu tric a’ leantainn gu leasachaidhean glè bheag ann an geur-leanmhainn. Bidh dealbhadairean proifeasanta a’ cothromachadh lionsan agus camarathan gus rùn a chall a sheachnadh.
● Sealladh Inneal &Camaraichean SaidheansailAnn an smachd càileachd agus sgrùdadh gnìomhachais, dh’ fhaodadh gum bi pàirtean lochtach gun lorg ma dh’ fhailicheas feartan beaga air sgàth fo-shamplachadh. Faodar cus-shamplachadh a chleachdadh a dh’aona ghnothach airson zoom didseatach no giullachd nas fheàrr.
Cuin a bu chòir Nyquist a mhaidseadh: Thar-shamplachadh agus Fo-shamplachadh
Tha samplachadh Nyquist a’ riochdachadh an cothromachadh air leth, ach ann an cleachdadh, faodaidh siostaman ìomhaighean cus-shamplachadh no fo-shamplachadh a dh’aona ghnothach a rèir an tagraidh.
Dè a th’ ann an fo-shamplachadh
Ann an tagraidhean far a bheil cugallachd nas cudromaiche na bhith a’ fuasgladh nam mion-fhiosrachadh as lugha, faodaidh cleachdadh meud piogsail àite nì a tha nas motha na tha Nyquist ag iarraidh buannachdan mòra a thoirt gu buil ann a bhith a’ tional solais. Canar fo-shamplachadh ris an seo.
Bidh seo a’ call mion-fhiosrachaidh, ach faodaidh e a bhith buannachdail nuair:
● Tha cugallachd deatamach: bidh piogsail nas motha a’ tional barrachd solais, a’ leasachadh co-mheas comharra-gu-fuaim ann an ìomhaighean ìosal-sholais.
● Tha astar cudromach: bidh nas lugha de piogsail a’ lughdachadh ùine leughaidh, a’ comasachadh togail nas luaithe.
● Feumar èifeachdas dàta: tha meudan faidhle nas lugha nas fheàrr ann an siostaman le leud-bann cuibhrichte.
Eisimpleir: Ann an ìomhaighean calcium no bholtaids, bidh comharran gu tric air an cuibheasachadh thairis air roinnean ùidh, agus mar sin bidh fo-shamplachadh a’ leasachadh cruinneachadh solais gun a bhith a’ dèanamh cron air an toradh saidheansail.
Dè a th’ ann an cus-shamplachadh
Air an làimh eile, feumaidh mòran thagraidhean far a bheil fuasgladh mion-fhiosrachaidh deatamach, no tagraidhean a bhios a’ cleachdadh dhòighean anailis iar-fhaighinn gus fiosrachadh a bharrachd fhaighinn air ais nas fhaide na a’ chrìoch diffraction, piogsail ìomhaighean nas lugha na tha Nyquist ag iarraidh, ris an canar cus-shamplachadh.
Ged nach eil seo ag àrdachadh fìor rùn optigeach, faodaidh e buannachdan a thoirt seachad:
● A’ comasachadh zoom didseatach le nas lugha de chall càileachd.
● A’ leasachadh iar-phròiseasadh (m.e., dì-chonnsachadh, dì-fhuaimneachadh, rùn-mhòr).
● A’ lughdachadh aliasing faicsinneach nuair a thèid ìomhaighean a lùghdachadh nas fhaide air adhart.
Eisimpleir: Ann am maicreasgopaidh, faodaidh camara sCMOS àrd-rùn cus-shamplachadh a dhèanamh air structaran ceallach gus an urrainn do algairidhean coimpiutaireachd mion-fhiosrachadh a thoirt a-mach nas fhaide na crìoch an diffraction.
Mearachdan Cumanta
1、Bidh barrachd megapixels an-còmhnaidh a’ ciallachadh ìomhaighean nas géire.
Chan eil sin fìor. Tha geur-shealladh an urra ri cumhachd fuasglaidh an lionsa agus co-dhiù a bhios an sensor a’ samplachadh gu ceart.
2、Bidh lionsa math sam bith ag obair gu math le sensor àrd-rùn sam bith.
Cuiridh droch cho-fhreagarrachd eadar rùn an lionsa agus raon a’ phigseil bacadh air coileanadh.
3、Chan eil samplachadh Nyquist buntainneach ach ann an giullachd chomharran, chan ann an ìomhaighean.
Air an làimh eile, ’s e pròiseas samplachaidh a th’ ann an ìomhaighean didseatach gu bunaiteach, agus tha Nyquist cho buntainneach an seo ’s a tha e ann an claisneachd no conaltradh.
Co-dhùnadh
Tha samplachadh Nyquist nas motha na dìreach rud matamataigeach neo-shoilleir — ’s e am prionnsapal a tha a’ dèanamh cinnteach gu bheil rùn optigeach is didseatach ag obair còmhla. Le bhith a’ co-thaobhadh cumhachd rùnachaidh lionsan ri comasan samplachaidh mothachairean, bidh siostaman ìomhaighean a’ coileanadh an soilleireachd as motha gun nithean neo-àbhaisteach no comas air chall.
Do phroifeiseantaich ann an raointean cho eadar-dhealaichte ri maicreasgopaidh, reul-eòlas, togail dhealbhan, agus lèirsinn innealan, tha tuigse air samplachadh Nyquist deatamach airson siostaman ìomhaighean a dhealbhadh no a thaghadh a bheir seachad toraidhean earbsach. Mu dheireadh, chan ann bho bhith a’ putadh aon shònrachadh chun na h-ìre as àirde a thig càileachd ìomhaigh ach bho bhith a’ coileanadh cothromachadh.
Ceistean Cumanta
Dè thachras mura h-eil samplachadh Nyquist riaraichte ann an camara?
Nuair a thuiteas an ìre samplachaidh fo chrìoch Nyquist, chan urrainn don sensor mion-fhiosrachadh a riochdachadh gu ceart. Bidh seo ag adhbhrachadh aliasing, a nochdas mar oirean biorach, pàtrain moiré, no inneach meallta nach eil ann anns an fhìor shealladh.
Ciamar a bheir meud piogsail buaidh air samplachadh Nyquist?
Bidh piogsail nas lugha ag àrdachadh tricead Nyquist, a’ ciallachadh gum faod an sensor mion-fhiosrachadh nas grinne a rèiteach ann an teòiridh. Ach mura h-urrainn don lionsa an ìre sin de rùn a lìbhrigeadh, chan eil na piogsail a bharrachd a’ cur mòran luach ris agus dh’ fhaodadh iad fuaim a mheudachadh.
A bheil samplachadh Nyquist eadar-dhealaichte airson mothachairean aon-dath an taca ri mothachairean dathte?
'S e. Ann an sensor monochrome, bidh gach piogsail a' samplachadh soilleireachd gu dìreach, agus mar sin bidh tricead èifeachdach Nyquist a' freagairt ri raon a' phiogsail. Ann an sensor dath le criathrag Bayer, tha gach seanal dath air a fho-shamplachadh, agus mar sin tha an rùn èifeachdach às dèidh demosaicing beagan nas ìsle.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Gach còir glèidhte. Nuair a bhios tu a’ toirt iomradh, feuch an cuir thu an stòr an cèill:www.tucsen.com
