25/09/04Ma ke kiʻi kiʻi kiʻi, maʻalahi ka manaʻo ʻana ʻo ka hoʻonā kiʻekiʻe ʻoi aku ka maikaʻi o nā kiʻi. Kūʻai pinepine nā mea hana kiʻi i nā ʻōnaehana e pili ana i ka helu megapixel, ʻoiai nā mea hana lens e hōʻike i ka mana hoʻonā a me ka ʻoi. Eia nō naʻe, i ka hoʻomaʻamaʻa ʻana, ʻaʻole hilinaʻi ka maikaʻi o ke kiʻi i nā kikoʻī o ka lens a i ʻole ka sensor hoʻokahi akā i ka maikaʻi o ka hoʻohālikelike ʻana.
ʻO kēia kahi e hoʻokani ai ʻo Nyquist sampling. Ma mua he loina mai ka hoʻoponopono hōʻailona, ua hoʻonohonoho ʻo Nyquist criterion i ke kumumanaʻo no ka hopu pololei ʻana i nā kikoʻī. Ma ke kiʻi kiʻi, e hōʻoia i ka hana like ʻana o ka hoʻonā optical i hāʻawi ʻia e ka lens a me ka hoʻonā kikohoʻe o ka mea ʻike kamepiula.
Hoʻopuka kēia ʻatikala i ka laʻana o Nyquist i ka pōʻaiapili o ke kiʻi kiʻi, wehewehe i ke kaulike ma waena o ka hoʻonā ʻike a me ka hoʻonā pahupaʻi, a hāʻawi i nā alakaʻi kūpono no nā noi mai ke kiʻi a hiki i ke kiʻi ʻepekema.
He aha ka Nyquist Sampling?
Kiʻi 1: ʻO ka Theorem sampling Nyquist
luna:Ana ʻia ka hōʻailona sinusoidal (cyan) ma nā wahi he nui. Hōʻike ka laina haʻalulu lōʻihi i ka 1 ana i kēlā me kēia pōʻai o ka hōʻailona sinusoidal, e hopu ana i nā piko hōʻailona wale nō, e hūnā loa i ke ʻano maoli o ka hōʻailona. Hoʻopaʻa ʻia ka pihi ʻulaʻula ʻulaʻula ma ka 1.1 ana i kēlā me kēia laʻana, e hōʻike ana i kahi sinusoid akā kuhi hewa i kona alapine. Hoʻohālikelike kēia me kahi ʻano Moiré.
lalo:Ke lawe wale ʻia nā laʻana 2 i kēlā me kēia pōʻai (laina kiko ʻulaʻula) e hoʻomaka ai ke ʻano maoli o ka hōʻailona.
ʻO ka Nyquist sampling theorem kahi loina maʻamau ma waena o ka hoʻoili ʻana i nā hōʻailona ma ka uila, ka hoʻoili leo, ke kiʻi a me nā ʻano ʻē aʻe. Hoʻomaopopo ka theorem i ka hana hou ʻana i kahi alapine i hāʻawi ʻia i ka hōʻailona, pono e hana ʻia nā ana ma ka liʻiliʻi o ʻelua mau alapine, i hōʻike ʻia ma ka Figure 1. Ma ke ʻano o kā mākou hoʻonā optical, ʻo ia hoʻi, ʻo ka nui o ka nui o ka pixel space pixel ma ka hapa nui o nā kikoʻī liʻiliʻi loa a mākou e hoʻāʻo nei e hopu, a i ʻole, ma ke ʻano o kahi microscope, ka hapalua o ka hoʻonā microscope.
Kiʻi 2: ʻO ka laʻana ʻana o Nyquist me nā pika huinaha: pono ke kuhikuhi
Ke hoʻohana nei i ka pahupaʻikiʻi me ka mānoanoa o nā pika huinahā, ʻo ka 2x sampling factor o ka Theorem Nyquist e hopu pololei i nā kikoʻī i hoʻopili pono ʻia i ka pā pika. Inā ho'āʻo e hoʻoholo i nā hale ma kahi kihi i ka pahu pika, ʻoi aku ka nui o ka nui pika kūpono, a hiki i ka √2 manawa nui ma ka diagonal. No laila, he 2√2 ka nui o ka la'ana i makemake 'ia no ka hopu 'ana i nā kiko'ī ma 45o i ka mākia pika.
Hoʻomaopopo ʻia ke kumu o kēia ma ka noʻonoʻo ʻana i ke Kiʻi 2 (ka hapa luna). E noʻonoʻo ʻoe ua hoʻonohonoho ʻia ka nui pixel i ka hoʻonā ʻike, e hāʻawi ana i nā piko o nā kumu kikoʻī ʻelua, a i ʻole kekahi kikoʻī a mākou e hoʻāʻo nei e hoʻoholo, kēlā me kēia pika ponoʻī. ʻOiai ua ʻike kaʻawale ʻia kēia mau mea, ʻaʻohe hōʻike i nā ana hopena he ʻelua mau piko kaʻawale - a ʻaʻole i hoʻokō ʻia kā mākou wehewehe ʻana i ka "hoʻoholo". Pono ka pixel ma waena, e hopu ana i kahi pahu o ka hōʻailona. Loaʻa ʻia kēia ma o ka pālua ʻana i ka nui o ka laʻana spatial sampling, ʻo ia hoʻi ka hoʻokaʻawale ʻana i ka nui pixel space space.
Hoʻoholo Optical vs. Hoʻoholo kamera
No ka hoʻomaopopo ʻana i ka hana ʻana o Nyquist sampling ma ke kiʻi kiʻi, pono mākou e hoʻokaʻawale ma waena o ʻelua ʻano hoʻonā:
● Optical Resolution: Hoʻoholo ʻia e ka lens, pili ka hoʻonā ʻike i kona hiki ke hana hou i nā kikoʻī maikaʻi. ʻO nā mea e like me ka maikaʻi o ka lens, aperture, a me ka diffraction i hoʻonohonoho i kēia palena. Hoʻohana pinepine ʻia ka hana hoʻololi modulation (MTF) e ana i ka maikaʻi o ka hoʻouna ʻana o kahi lens i ka ʻokoʻa ma nā alapine spatial like ʻole.
● Hoʻoholo Paʻa Paʻa: Hoʻoholo ʻia e ka mea ʻike, pili ka hoʻonā pahupaʻikiʻi i ka nui o ka pika, ka pitch pixel, a me nā ana ʻike holoʻokoʻa. ʻO ka pitch pixel o apahupaʻikiʻi CMOSwehewehe pololei i kona alapine Nyquist, ka mea e hoʻoholo ai i ka kikoʻī kiʻekiʻe loa i hiki ke hopu i ka sensor.
Ke kulike ole keia mau mea elua, puka mai na pilikia. ʻO kahi lens i ʻoi aku ma mua o ka mana hoʻonā ʻana o ka mea ʻike e "hoʻopau ʻia", no ka mea ʻaʻole hiki i ka sensor ke hopu i nā kikoʻī āpau. ʻO ka mea ʻē aʻe, ʻo ka mea ʻike hoʻonā kiʻekiʻe i hoʻopili ʻia me kahi lens haʻahaʻa e hopena i nā kiʻi i hoʻomaikaʻi ʻole ʻoiai ʻoi aku ka nui o nā megapixels.
Pehea e kaulike ai i ka Optical a me ka Camera Resolution
ʻO ka hoʻohālikelike ʻana i nā optics a me nā mea ʻike e pili ana i ke alapine Nyquist o ka mea ʻike me ke alapine ʻoki ʻoki o ka lens.
● Ua helu ʻia ke alapine Nyquist o kahi mea ʻike pahupaʻikiʻi ma ke ʻano he 1 / (2 × pixel pitch). ʻO kēia ka wehewehe ʻana i ka alapine spatial kiʻekiʻe loa i hiki i ka mea ʻike ke hoʻohālikelike me ka ʻole o ka inoa inoa.
● ʻO ke alapine ʻoki ʻoki ʻoki ma muli o ke ʻano o ka lens a me ka ʻokoʻa.
No nā hualoaʻa maikaʻi loa, pono e kūlike ke alapine ʻo Nyquist o ka mea ʻike me ka a i ʻole ma mua iki o ka hiki ke hoʻoholo i ka lens. I ka hoʻomaʻamaʻa ʻana, ʻo ke kānāwai o ke koʻokoʻo maikaʻi e hōʻoia i ka pitch pixel ma kahi o ka hapalua o ka liʻiliʻi o ka hiʻohiʻona hiki ke hoʻoholo ʻia o ka lens.
No ka laʻana, inā hiki i kahi lens ke hoʻoholo i nā kikoʻī a hiki i ka 4 micrometers, a laila e kaulike ka ʻōnaehana me ka nui o nā pika o ~2 micrometers.
Hoʻohālikelike ʻo Nyquist me ka Resolution Camera & ka Luʻi o nā Square Pixels
ʻO ke kālepa-off me ka emi ʻana o ka nui pixel space pixel i hoʻemi ʻia ka hiki ke hōʻiliʻili māmā. No laila he mea nui e kaulike i ka pono no ka hoʻonā a me ka hōʻiliʻili māmā. Hoʻohui ʻia, ʻoi aku ka nui o ka nui o ka pixel space pixel e hōʻike i kahi kahua nui o ka ʻike o ke kumuhana kiʻi. No nā noi i loaʻa kekahi pono no ka hoʻonā maikaʻi, ua ʻōlelo ʻia e paʻi ʻia ka 'rule of thumb' ʻoi aku ka maikaʻi penei: ʻO ka nui o ka pixel space pixel, ke hoʻonui ʻia e kekahi mea e helu ai no Nyquist, pono e like me ka hoʻonā optical. Kapa ʻia kēia nui ʻo ka hoʻonā kamera.
ʻO ka hoʻohālikelike ʻana i nā optics a me nā mea naʻau ke hele pinepine i lalo e hōʻoia i ka hoʻoholo ʻana o ka sampling maikaʻi o ka pahupaʻikiʻi e kūlike me ka palena hoʻonā o ka lens. Ua ʻōlelo ʻia kahi ʻōnaehana "hoʻohālikelike iā Nyquist" inā:
ʻO ka hoʻonā ʻana o ka pahupaʻikiʻi = Optical resolution
Ma kahi i hāʻawi ʻia ai ka hoʻonā pahupaʻikiʻi e:
ʻO ka helu helu no Nyquist i ʻōlelo pinepine ʻia ʻo 2.3, ʻaʻole 2. ʻO ke kumu o kēia.
ʻO nā pika pahupaʻikiʻi (maʻamau) ʻehā, a hoʻonohonoho ʻia ma kahi mākia 2-D. ʻO ka nui pika e like me ka wehewehe ʻana no ka hoʻohana ʻana i ka hoohalike kūʻē e hōʻike ana i ka laulā o nā pika ma nā koʻi o kēia mākia. Inā he wahaheʻe nā hiʻohiʻona a mākou e ho'āʻo nei e hoʻoholo ma kēlā me kēia kihi koe wale nō ka nui kūpono o 90° pili i kēia mākia, e ʻoi aku ka nui o ka nui pika kūpono, a hiki i ka √2 ≈ 1.41 manawa o ka nui pika ma 45°. Hōʻike ʻia kēia ma ke Kiʻi 2 (ka hapa lalo).
No laila, ʻo 2√2 ≈ 2.82 ka helu i manaʻo ʻia e like me ka Nyquist criterion ma nā hoʻonohonoho āpau. Eia nō naʻe, ma muli o ke kālepa-off i ʻōlelo ʻia ma mua ma waena o ka hoʻonā a me ka hōʻiliʻili māmā, ua ʻōlelo ʻia kahi waiwai kuʻikahi o 2.3 ma ke ʻano he lula.
ʻO ke kuleana o Nyquist Sampling ma ke kiʻi kiʻi
ʻO Nyquist sampling ka mea kiaʻi puka o ka pono kiʻi. Ke hāʻule ka helu hōʻailona ma lalo o ka palena Nyquist:
● Undersampling → kumu i ka inoa inoa: nā kikoʻī wahaheʻe, nā ʻaoʻao ʻāʻī, a i ʻole nā hiʻohiʻona moiré.
● Oversampling → hopu i nā ʻikepili ʻoi aʻe ma mua o ka hiki ke hāʻawi ʻia e ka optics, e alakaʻi ana i ka emi ʻana o nā hoʻihoʻi: nā faila nui a me nā koi ʻoi aku ka nui me ka ʻike ʻole ʻia.
ʻO ka laʻana pololei e hōʻoia i ka ʻoi o nā kiʻi a me ka ʻoiaʻiʻo. Hāʻawi ia i ke koena ma waena o ka hoʻokomo optical a me ka hopu kikohoʻe, e pale aku i ka hoʻonā hoʻopau ʻia ma kekahi ʻaoʻao a i ʻole nā mea hana hoʻopunipuni ma kekahi ʻaoʻao.
Nā noi hana
ʻAʻole ʻo ka manaʻo ʻo Nyquist sampling wale nō - he mau noi koʻikoʻi ma waena o nā ʻano kiʻi kiʻi:
● Microscopy:Pono nā mea noiʻi e koho i nā mea ʻike e hoʻohālike i ʻelua mau kikoʻī liʻiliʻi loa i hiki ke hoʻoholo ʻia e ka lens. Ke koho ʻana i ka ponokāmeʻa microscopyHe mea koʻikoʻi ia, no ka mea, pono e kūlike ka nui pika me ka hoʻonā palena ʻokoʻa o ka pahuhopu microscope. Makemake pinepine nā hale hana hounā kāmeʻa sCMOS, ka mea e hāʻawi ai i ke kaulike o ka naʻau, ka laulā ikaika, a me nā hale pixel maikaʻi no ke kiʻi biological hana kiʻekiʻe.
● Kiʻi:ʻO ka hoʻopaʻa ʻana i nā mea ʻike megapixel kiʻekiʻe me nā lens ʻaʻole hiki ke hoʻoholo i nā kikoʻī maikaʻi loa e hopena pinepine i ka hoʻomaikaʻi maikaʻi ʻole o ka ʻoi. Hoʻohālikelike nā mea paʻi kiʻi ʻoihana i nā lens a me nā pahupaʻikiʻi e pale i ka hoʻonā ʻana.
● Kiʻi:ʻO ka hoʻopaʻa ʻana i nā mea ʻike megapixel kiʻekiʻe me nā lens ʻaʻole hiki ke hoʻoholo i nā kikoʻī maikaʻi loa e hopena pinepine i ka hoʻomaikaʻi maikaʻi ʻole o ka ʻoi. Hoʻohālikelike nā mea paʻi kiʻi ʻoihana i nā lens a me nā pahupaʻikiʻi e pale i ka hoʻonā ʻana.
● Nānā Mīkini &Nā kiʻi kamera ʻepekemaMa ka hoʻomalu maikaʻi a me ka nānā ʻana i ka ʻoihana, ʻo ka nalowale ʻana o nā hiʻohiʻona liʻiliʻi ma muli o ka undersampling hiki ke ʻike ʻole ʻia nā ʻāpana kīnā ʻole. Hiki ke ho'ohana 'ia ka oversampling no ka ho'onui kikoho'e a i 'ole ka ho'oponopono 'ana.
ʻO ka manawa e hoʻohālikelike ai iā Nyquist: Oversampling a Undersampling
Hōʻike ka laʻana ʻo Nyquist i ke koena kūpono, akā i ka hoʻomaʻamaʻa ʻana, hiki i nā ʻōnaehana kiʻi ke hoʻonui a i ʻole undersample ma muli o ka noi.
He aha ka Undersampling
I ka hihia o nā noi i ʻoi aku ka nui o ka naʻau ma mua o ka hoʻoponopono ʻana i nā kikoʻī liʻiliʻi loa, me ka hoʻohana ʻana i ka nui pixel space space i ʻoi aku ka nui ma mua o nā koi ʻo Nyquist hiki ke alakaʻi i nā pōmaikaʻi hōʻiliʻili māmā. Kapa ʻia kēia he undersampling.
Hāʻawi kēia i nā kikoʻī maikaʻi loa, akā hiki ke maikaʻi inā:
● He mea koʻikoʻi ka naʻau: nā pika nui e hōʻiliʻili i ka māmā, e hoʻomaikaʻi ana i ka ratio signal-to-noise ma ke kiʻi haʻahaʻa.
● He mea nui ka wikiwiki: ʻo ka liʻiliʻi o nā pikika e hōʻemi i ka manawa heluhelu, e hiki ai ke loaʻa wikiwiki.
● Pono ka pono o ka ʻikepili: ʻoi aku ka maikaʻi o nā faila liʻiliʻi ma nā ʻōnaehana palena bandwidth.
Laʻana: Ma ke kiʻi calcium a i ʻole ka volta, ua awelika ʻia nā hōʻailona ma luna o nā wahi hoihoi, no laila e hoʻomaikaʻi ka undersampling i ka hōʻiliʻili māmā me ka ʻole o ka hoʻololi ʻana i ka hopena ʻepekema.
He aha ka Oversampling
ʻO ka mea ʻē aʻe, nui nā noi no ka hoʻoholo ʻana i nā kikoʻī maikaʻi ke kī, a i ʻole nā noi e hoʻohana ana i nā ʻano loiloi post-acquisition no ka hoʻihoʻi ʻana i ka ʻike hou aʻe ma mua o ka palena ʻokoʻa, koi i nā pika kiʻi liʻiliʻi ma mua o nā koi ʻo Nyquist, i kapa ʻia ʻo oversampling.
ʻOiai ʻaʻole kēia e hoʻonui i ka hoʻonā optical maoli, hiki iā ia ke hāʻawi i nā pono:
● Hiki ke hoʻonui kikohoʻe me ka emi ʻana o ka maikaʻi.
● Hoʻomaikaʻi ma hope o ka hana ʻana (e laʻa, deconvolution, denoising, super-resolution).
● Hoʻemi i ka inoa inoa ʻike ʻia ke hoʻohaʻahaʻa ʻia nā kiʻi ma hope.
Laʻana: Ma ka microscopy, hiki i ka pahupaʻikiʻi sCMOS hoʻonā kiʻekiʻe ke hoʻohālikelike i nā hale kelepona i hiki i nā algorithms computational ke unuhi i nā kikoʻī maikaʻi ma mua o ka palena ʻokoʻa.
Manaʻo kuhihewa maʻamau
1、ʻOi aku ka nui o nā megapixel i nā kiʻi ʻoi aku ka oi.
ʻAʻole ʻoiaʻiʻo. Aia ka ʻoi ma luna o ka mana hoʻonā o ka lens a inā paha e hōʻike pono ka mea ʻike.
2、Ke hana maikaʻi nei kēlā me kēia lens maikaʻi me kekahi mea ʻike kiʻekiʻe.
ʻO ka hoʻohālikelike maikaʻi ʻole ma waena o ka hoʻonā lens a me ka pitch pixel e kaupalena ʻia ka hana.
3、ʻO ka hoʻohālikelike ʻana o Nyquist pili wale i ka hana hōʻailona, ʻaʻole ke kiʻi kiʻi.
ʻO ka mea ʻē aʻe, ʻo ke kiʻi kiʻi kiʻi kiʻi kumu he kaʻina hana laʻana, a pili ʻo Nyquist ma ʻaneʻi e like me ka leo a i ʻole kamaʻilio.
Ka hopena
ʻOi aku ka laʻana o Nyquist ma mua o ka abstraction makemakika - ʻo ia ke kumu e hōʻoiaʻiʻo ai i ka hana like ʻana o ka optical a me ke kikohoʻe. Ma ka hoʻolikelike ʻana i ka mana hoʻonā o nā lens me nā mana hoʻohālikelike o nā mea ʻike, loaʻa nā ʻōnaehana kiʻi i ka mālamalama kiʻekiʻe loa me ka ʻole o nā mea kiʻi a i ʻole ka hiki ke hoʻopau ʻia.
No nā poʻe loea i nā kula like ʻole e like me ka microscopy, astronomy, kiʻi, a me ka ʻike mīkini, ʻo ka hoʻomaopopo ʻana i ka laʻana ʻo Nyquist ke kī i ka hoʻolālā ʻana a i ʻole ke koho ʻana i nā ʻōnaehana kiʻi e hāʻawi i nā hopena hilinaʻi. ʻO ka hope loa, ʻaʻole hiki mai ka maikaʻi o ke kiʻi mai ka hoʻokau ʻana i hoʻokahi kikoʻī i ke kiʻekiʻe akā mai ka loaʻa ʻana o ke kaulike.
FAQs
He aha ka hopena inā ʻaʻole ʻoluʻolu ʻo Nyquist sampling i kahi pahupaʻikiʻi?
Ke hāʻule ka helu hōʻailona ma lalo o ka palena ʻo Nyquist, ʻaʻole hiki i ka mea ʻike ke hōʻike pololei i nā kikoʻī maikaʻi. Loaʻa kēia i ka inoa inoa, i ʻike ʻia ma ke ʻano he mau ʻaoʻao, nā ʻano moiré, a i ʻole nā mea leʻaleʻa wahaheʻe i ʻike ʻole ʻia ma ke ʻano maoli.
Pehea e pili ai ka nui pika i ka la'ana o Nyquist?
Hoʻonui nā pika liʻiliʻi i ke alapine Nyquist, ʻo ia ka mea hiki i ka sensor ke hoʻoholo i nā kikoʻī ʻoi aku ka maikaʻi. Akā inā ʻaʻole hiki i ka lens ke hāʻawi i kēlā kiʻekiʻe o ka hoʻonā ʻana, hoʻohui nā pika hou i ka waiwai liʻiliʻi a hiki ke hoʻonui i ka walaʻau.
He ʻokoʻa anei ka laʻana ʻana o Nyquist no nā mea ʻike kala me ka monochrome?
ʻAe. I loko o kahi mea ʻike monochrome, ʻike pololei kēlā me kēia pixel i ka luminance, no laila e like ke alapine ʻo Nyquist kūpono i ka pitch pixel. I loko o kahi mea ʻike kala me kahi kānana Bayer, ʻaʻole i hoʻohālikelike ʻia kēlā me kēia kahawai kala, no laila ʻoi aku ka haʻahaʻa o ka hoʻonā kūpono ma hope o ka demosaicing.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Ua mālama ʻia nā kuleana āpau. Ke helu ʻana, e ʻoluʻolu e hoʻomaopopo i ke kumu:www.tucsen.com
