2022/02/25A kamera pixelmérete az egyes pixelek fizikai méreteit (szélesség és magasság) jelenti a kamera érzékelőjén, jellemzően mikrométerben (μm) mérve. Ez egy kulcsfontosságú specifikáció, amely befolyásolja mind a kamera érzékenységét, mind a finom részletek rögzítésének képességét. A kép pixelmérete (amely az érzékelő pixelméretéből és az optikai rendszer nagyításából adódik) azonban közvetlenebb szerepet játszik számos képalkotási tulajdonság meghatározásában.
1. Az érzékelő pixelmérete és a kép pixelmérete közötti kapcsolat
Érzékelő pixelmérete vs. kép pixelmérete:
Az érzékelő pixelmérete az érzékelőn található egyetlen pixel fizikai mérete. A kép pixelméretét azonban az érzékelő pixelméretének és a rendszer nagyításának hányadosa határozza meg.
Az optikai rendszer nagyítása (amelyet az optikai komponensek, például a lencsék vagy a mikroszkóp objektívjei határoznak meg) kulcsfontosságú szerepet játszik a kép tényleges pixelméretében.
Optikai rendszerek hatása:
Fix fókuszsíkú rendszerek (pl. mikroszkóp-objektívek) vs. fókuszálható rendszerek (pl. hagyományos kameralencsék):
Fix fókuszsíkú rendszerekben a pixelméret közvetlenül kapcsolódik a nagyításhoz, és a nagyobb pixelek több fényt tudnak összegyűjteni, így nagyobb érzékenységet biztosítanak.
Fókuszálható rendszerekben a nagyítás a témától való távolság változtatásával vagy zoom objektívek használatával állítható, ami viszont megváltoztatja a kép tényleges pixelméretét.
2. Érzékenység és pixelméret
Nagyobb pixelszám és érzékenység:
A nagyobb pixelek több fényt gyűjthetnek össze, javítva a kamera érzékenységét, különösen gyenge fényviszonyok mellett.
Analógia: A nagyobb pixelek olyanok, mint egy vödör egy esővízgyűjtő pohárhoz képest – a nagyobb terület több fotont gyűjt össze, ami növeli az érzékenységet.
Például, ha egy pixel mérete mind az X, mind az Y irányban megduplázódik, a pixel területe négyszeresére nő, ami azt jelenti, hogy négyszer több fotont képes összegyűjteni.
Gyenge fényviszonyok melletti képalkotás előnyei:
A megnövelt pixelméret jelentősen javítja a kamera gyenge fényjelek rögzítésére való képességét, csökkentve a szükséges expozíciós időt vagy fényerőt.
3. Pixelméret vs. képfelbontás
Felbontási kompromisszum:
A nagyobb képpontok javíthatják az érzékenységet, de csökkenthetik a finom részletek felbontásának képességét is.
Példa: Egy 1 μm-es pixel nehezen tud 2 μm-nél kisebb részleteket felbontani, mivel a szomszédos jellemzők egymásba olvadnak.
A pixelizáció mértéke a nagyobb pixelekkel növekszik, ami azt jelenti, hogy a kép finomabb részletei elmosódnak.
Optikai rendszer korlátai:
Az optikai rendszer felbontása szintén korlátozó tényező a finom részletek felbontásában. Minden optikai rendszernek van egy határa, amelyen túl a pixelméret csökkentése nem növeli a felbontást, de csökkenti az érzékenységet.
Mikroszkóp-objektív alapú rendszerek esetén a numerikus apertúra (NA) elsősorban ezt a felbontási határt határozza meg.
4. Pixelméret illesztése az optikai rendszerhez
Ideális pixelméret nagy nanoarcú mikroszkópokhoz:
Egy 6,5 μm-es pixelméretű kamera ideálisan illeszkedik a 60x nagy NA-értékű mikroszkóp objektívekhez.
A 10 vagy 11 μm-es pixelméretű kamerák a legalkalmasabbak a 100x nagy NA-értékű objektívekhez.
A nagyobb pixelek nagyobb érzékenységet eredményezhetnek, de a kisebb pixelek nem feltétlenül javítják a részletgazdagságot; csak akkor hasznosabbak finomabb képrészletek rögzítésére, ha az optikai rendszer támogatja az ilyen felbontást.
5. Következtetés: A pixelméret, az érzékenység és a felbontás egyensúlyban tartása
Pixelméret kompromisszum:
A nagyobb pixelméret jobb a gyenge fényviszonyok melletti képalkotáshoz és az érzékenység javításához, de feláldozza a finom képrészletek felbontásának képességét.
A kisebb pixelek javítják a képfelbontást, de csökkenthetik az érzékenységet, különösen gyenge fényviszonyok mellett.
Rendszerillesztés:
Az ideális kamera pixelmérete az alkalmazott optikai rendszertől függ. Nagyobb nagyítású rendszerek (például nagy NA-értékű mikroszkópok) esetén a pixelméretnek egyensúlyban kell lennie az optikai rendszer felbontóképességével és a kívánt képalkotási alkalmazással.
