25/08/20Þegar vísindamyndavél er metin geta tæknilegar upplýsingar verið yfirþyrmandi — pixlastærð, skammtanýtni, kraftmikið svið og fleira. Meðal þessara forskrifta er bitadýpt einn mikilvægasti þátturinn til að ákvarða hversu miklar upplýsingar myndavélin getur fangað og hversu trúfast hún endurspeglar fínar upplýsingar.
Í vísindalegri myndgreiningu, þar sem lúmskar breytingar á birtu geta gefið til kynna mikilvæg gögn, er skilningur á bita dýpt ekki valkvæð - hún er nauðsynleg.
Þessi grein útskýrir hvað bitadýpt er, hvernig hún hefur áhrif á myndgæði, hlutverk hennar í nákvæmni gagna og hvernig á að velja rétta bitadýpt fyrir forritið þitt.
Bitadýpt: Hámarks grástigafjöldi í myndpixli
Þegar unnið er með vísindamyndavél skilgreinir bitadýptin hversu mörg mismunandi styrkgildi hver pixla getur skráð. Þetta er mikilvægt því í vísindalegri myndgreiningu getur gildi hverrar pixlu samsvarað beint mældri stærð, svo sem ljóseindafjölda eða flúrljómunarstyrk.
Bitadýptin sýnir fjölda „bita“ af tvíundagögnum sem hver pixla notar til að geyma styrkleikagildi, þar sem 8 bitar mynda eitt bæti. Hámarks grástigsgildið er gefið með:
Hámarks grástig = 2^(Bita dýpt)
Til dæmis:
● 8-bita = 256 stig
● 12-bita = 4.096 stig
● 16-bita = 65.536 stig
Fleiri grástig leyfa fínni birtustigsbreytingar og nákvæmari framsetningu á lúmskum mismun, sem getur verið mikilvægt þegar mælt er á daufum merkjum eða framkvæmd er megindlega greining.
Bitadýpt og hraði
Aukin bitadýpt þýðir að breytir úr hliðrænum í stafræna einingum (ADC) verða að framleiða fleiri bita í hverri mælingu. Þetta krefst þess venjulega að þeir dragi úr mælingum sínum á sekúndu – þ.e. að minnka rammatíðni myndavélarinnar.
Af þessari ástæðu, margirvísindamyndavélarbjóða upp á tvær öflunarleiðir:
● Hár bitadýptarstilling – Þetta býður yfirleitt upp á hærra breytilegt svið. Forgangsraðar tónupplausn og breytilegu sviði fyrir forrit eins og flúrljómunarsmásjárskoðun eða litrófsgreiningu.
● Háhraðastilling – Þetta dregur úr bitadýpt í þágu hraðari rammatíðni, sem er nauðsynlegt fyrir hraða atburði í háhraða myndgreiningu.
Að þekkja þessa málamiðlun hjálpar þér að velja þann stillingu sem samræmist myndgreiningarmarkmiðum þínum - nákvæmni vs. tímabundin upplausn.
Bitadýpt og kraftmikið svið
Það er algengt að rugla saman bitadýpt og kraftmiklu sviði, en þau eru ekki eins. Bitadýpt skilgreinir fjölda mögulegra birtustiga, en kraftmikið svið lýsir hlutfallinu milli daufustu og björtustu greinanlegu merkjanna.
Sambandið á milli þessara tveggja er háð viðbótarþáttum eins og stillingum á magni myndavélarinnar og hávaða í lestri. Reyndar er hægt að tákna kraftmikið svið í „virkum bitum“, sem þýðir að hávaðaframmistaða getur dregið úr fjölda bita sem stuðla að nothæfum myndgögnum.
Fyrir val á myndavél þýðir þetta að þú ættir að meta bæði bita dýpt og breytilegt svið saman frekar en að gera ráð fyrir að annað skilgreini hitt að fullu.
Hægt er að reikna út gagnageymsluplássið sem þarf fyrir hverja myndavélarmynd (án þjöppunar) sem:
Gagnageymsla
Að auki geyma sum skráarsnið — eins og TIFF — 9 til 16 bita gögn í 16 bita „umbúðum“. Þetta þýðir að jafnvel þótt myndin noti aðeins 12 bita getur geymslurýmið verið það sama og fyrir full 16 bita mynd.
Fyrir rannsóknarstofur sem meðhöndla stór gagnasöfn hefur þetta hagnýt áhrif: myndir með meiri bita dýpt krefjast meira pláss á diski, lengri flutningstíma og meiri reikniafls til vinnslu. Að vega og meta nákvæmni og gagnastjórnunargetu er nauðsynlegt fyrir skilvirkt vinnuflæði.
Hvernig bitadýpt hefur áhrif á myndgæði
Mynd: Dæmi um bita dýpt
ATHUGIÐ: Myndskreyting á hugtakinu bitadýpt. Að minnka bitadýpt dregur úr fjölda styrkleikaskrefa sem hægt er að nota til að birta myndina.
Bitadýpt hefur bein áhrif á nokkra þætti myndgæða í vísindamyndavél.
Dynamískt svið
Meiri bitadýpt nær meiri birtustigi og varðveitir smáatriði í skuggum og ljósum ljósum myndum.
Til dæmis, í flúrljómunarsmásjá gætu dauf einkenni varla sést í 8-bita mynd en eru greinilegri í 16-bita myndatöku.
Mýkri tónabreytingar
Meiri bita dýpt gerir kleift að skipta mýkri milli birtustiga og forðast „röndun“ í stigulum. Þetta er sérstaklega mikilvægt í megindlegri greiningu þar sem skyndileg stökk geta skekkt niðurstöður.
Framsetning á merkis-til-hávaðahlutfalli (SNR)
Þó að bitadýpt auki ekki beint SNR skynjarans, gerir hún myndavélinni kleift að endurspegla nákvæmar lúmskar merkjabreytingar umfram suðgrunninn.
Ef SNR skynjarans er lægra en upplausnin sem bita-dýptin býður upp á, gætu þessir auka bitar ekki stuðlað að raunverulegum myndgæðum - þáttur sem þarf að hafa í huga.
Dæmi:
●8-bita myndSkuggar renna saman, dauf andlitsdrættir hverfa og lúmskar breytingar glatast.
●16-bita myndBlæbrigði eru samfelld, daufar uppbyggingar varðveitast og megindlegar mælingar eru áreiðanlegri.
Bitadýpt og gagnanákvæmni í vísindalegri myndgreiningu
Í vísindalegri myndgreiningu er mynd ekki bara mynd – hún eru gögn. Gildi hverrar pixlu getur samsvarað mælanlegri stærð, svo sem fjölda ljóseinda, flúrljómunarstyrk eða litrófsafli.
Meiri bitadýpt dregur úr skammtafræðilegri villu — námundunarvillunni sem á sér stað þegar hliðrænt merki er stafrænt breytt í stakræn stig. Með fleiri stigum tiltækum passar stafræna gildið sem úthlutað er pixli betur við raunverulegt hliðrænt merki.
Af hverju þetta skiptir máli
● Í flúrljómunarsmásjá gæti eins stigs mismunur á birtustigi táknað marktæka breytingu á próteinþéttni.
● Í stjörnufræði gætu dauf merki frá fjarlægum stjörnum eða vetrarbrautum tapast ef bitadýptin er of lág.
● Í litrófsgreiningu tryggir meiri bitadýpt nákvæmari mælingar á frásogs- eða útblásturslínum.
sCMOS myndavél með 16-bita úttaki getur tekið upp lúmska mismun sem væri ósýnilegur í kerfi með lægri bita-dýpt, sem gerir hana nauðsynlega fyrir forrit sem krefjast magnbundinnar nákvæmni.
Hversu mikla bita dýpt þarftu?
Mörg forrit krefjast bæði mikils merkisstigs og mikils kraftmikils sviðs, og í því tilviki getur mikil bita dýpt (14 bita, 16 bita eða meira) verið gagnleg.
Venjulega, við myndir í litlu ljósi, mun tiltæk bitadýpt þó veita mun meiri mettunarstyrk en næst í flestum tilfellum. Sérstaklega fyrir 16-bita myndavélar, nema að magnið sé sérstaklega hátt, er sjaldan nauðsynlegt að nota allt 16-bita sviðið.
Hraðari myndavélar eða myndavélarstillingar geta verið aðeins 8-bita, sem getur verið takmarkandi, þó að hærri hraði sem 8-bita stillingar geta gert kleift að gera málamiðlunina oft þess virði. Myndavélaframleiðendur geta aukið fjölhæfni 8-bita stillinga til að takast á við dæmigerð merkjastig mismunandi myndvinnsluforrita með breytilegum stillingum á magni.
Að velja rétta bitadýpt fyrir forritið þitt
Hér er fljótleg leið til að para bita dýpt við algengar vísindalegar myndgreiningaraðstæður:
| Umsókn | Ráðlagður bitadýpt | Ástæða |
| Flúrljómunarsmásjá | 16-bita | Greina dauf merki og lúmskan styrkleikamun |
| Myndgreining stjörnufræði | 14–16 bita | Fangaðu hátt kraftmikið svið við litla birtu |
| Iðnaðarskoðun | 12–14 bita | Greinið smágalla með skýrleika |
| Almenn skjölun | 8-bita | Nægilegt fyrir ómagnbundnar niðurstöður |
| Litrófsgreining | 16-bita | Varðveita fínar breytingar í litrófsgögnum |
Málaferli:
●Meiri bitadýpt= betri tónupplausn og nákvæmni, en stærri skrár og lengri vinnslutími.
●Lægri bitadýpt= hraðari myndataka og minni skrár, en hætta er á að fínleg smáatriði glatist.
Bitadýpt samanborið við aðrar myndavélarupplýsingar
Þó að bita-dýpt sé mikilvæg, þá er hún aðeins einn hluti af púsluspilinu þegar valin er vísindamyndavél.
Tegund skynjara (CCD vs CMOS vs sCMOS)
● Mismunandi skynjaraarkitektúr hefur mismunandi lestrarsuð, breytilegt svið og skammtafræðilega skilvirkni. Til dæmis gæti skynjari með mikla bita-dýpt og lélega skammtafræðilega skilvirkni samt átt í erfiðleikum við myndgreiningu í litlu ljósi.
Skammtanýtni (QE)
● QE skilgreinir hversu skilvirkt skynjari breytir ljóseindum í rafeindir. Hátt QE er mikilvægt til að fanga veik merki og þegar það er parað við nægilegt bitaþéttni hámarkar það nákvæmni gagna.
Dynamískt svið
● Dynamískt svið myndavélar ákvarðar bilið á milli daufustu og björtustu merkjanna sem hún getur fangað samtímis. Hærra dynamic svið er gagnlegast þegar það er parað við bita dýpt sem getur endurspeglað þessi birtustig.
Athugið:
Hærri bitadýpt mun ekki bæta myndgæði ef aðrar kerfistakmarkanir (eins og suð eða sjónrænir eiginleikar) eru raunverulegur flöskuháls.
Til dæmis gæti 8-bita myndavél með mjög litlu suð skilað betri árangri en hávaðasamt 16-bita kerfi í sumum forritum.
Niðurstaða
Í vísindalegri myndgreiningu er bitadýpt meira en tæknileg forskrift — hún er grundvallarþáttur í að safna nákvæmum og áreiðanlegum gögnum.
Frá því að greina daufar byggingar í smásjárskoðun til að taka upp fjarlægar vetrarbrautir í stjörnufræði, tryggir rétt bitaþéttni að vísindamyndavélin þín varðveiti upplýsingar og mælingar sem rannsóknir þínar byggja á.
Þegar myndavél er valin:
1. Aðlagaðu bitadýptina að nákvæmniþörfum forritsins.
2. Íhugaðu það ásamt öðrum mikilvægum forskriftum eins og skammtafræðilegri skilvirkni, hávaða og breytilegu sviði.
3. Mundu að meiri bitadýpt er verðmætust þegar kerfið þitt getur nýtt sér hana.
Ef þú ert að leita aðCMOS myndavél orsCMOS myndavélHannað fyrir vísindalega myndgreiningu með mikilli bita-dýpt, skoðaðu úrval okkar af líkönum sem eru hönnuð með nákvæmni, áreiðanleika og gagnanákvæmni að leiðarljósi.
Algengar spurningar
Hver er munurinn í reynd á 12-bita, 14-bita og 16-bita í vísindalegri myndgreiningu?
Í reynd gerir stökkið úr 12 bita (4.096 stig) í 14 bita (16.384 stig) og síðan í 16 bita (65.536 stig) kleift að greina birtustig smám saman betur.
● 12-bita er nægilegt fyrir margar iðnaðar- og skjalavinnslur þar sem lýsing er vel stjórnuð.
● 14-bita útgáfa býður upp á gott jafnvægi á milli nákvæmni og meðfærilegrar skráarstærðar, tilvalið fyrir flest vinnuflæði í rannsóknarstofum.
● 16-bita myndgreining virkar vel í aðstæðum með litla birtu og hátt virkt svið, svo sem flúrljómunarsmásjá eða stjörnufræðilegri myndgreiningu, þar sem hæfni til að taka upp dauf merki án þess að tapa björtum smáatriðum er mikilvæg.
Hins vegar skal hafa í huga að suð og breytilegt svið skynjarans í myndavélinni verður að vera nógu gott til að nýta þessi auka tónskref — annars gæti ávinningurinn ekki komið til framkvæmda.
Skilar hærri bitadýpt alltaf betri myndum?
Ekki sjálfkrafa. Bitadýpt ákvarðar mögulega tónupplausn, en raunveruleg myndgæði eru háð öðrum þáttum, þar á meðal:
● Næmi skynjara (kvantfræðileg skilvirkni)
● Lestrarhljóð
● Gæði sjóntækja
● Lýsingarstöðugleiki
Til dæmis gæti 16-bita CMOS myndavél með miklu suði ekki náð meiri gagnlegum smáatriðum en 12-bita sCMOS myndavél með litlu suði við ákveðnar aðstæður. Með öðrum orðum, hærri bitadýpt er hagstæðast þegar hún er pöruð við vel fínstillt myndgreiningarkerfi.
Get ég dregið úr sýnishorni úr mynd með mikilli bita dýpt án þess að tapa mikilvægum gögnum?
Já — reyndar er þetta algeng venja. Að taka upp á hærri bita dýpt gefur þér sveigjanleika fyrir eftirvinnslu og megindlega greiningu. Þú getur síðar minnkað úrtakið niður í 8 bita til kynningar eða geymslu, og geymt greiningarniðurstöðurnar án þess að geyma allt gagnasafnið. Gakktu bara úr skugga um að upprunalegu skrárnar með mikilli bita dýpt séu geymdar einhvers staðar ef endurgreining gæti verið nauðsynleg.
Hvaða hlutverki gegnir bitadýpt í megindlegum vísindalegum mælingum?
Í megindlegri myndgreiningu hefur bitadýpt bein áhrif á hversu nákvæmlega pixlagildi endurspegla raunverulegan merkisstyrk. Þetta er mikilvægt fyrir:
● Smásjárskoðun – Mæling á breytingum á flúrljómunarstyrk á frumustigi.
● Litrófsgreining – Að greina fínlegar breytingar á frásogs-/útgeislunarlínum.
● Stjörnufræði – Skráning daufra ljósgjafa við langa lýsingartíma.
Í þessum tilfellum getur ófullnægjandi bitaþéttleiki valdið námundunarvillum eða merkisklippingu, sem leiðir til ónákvæmrar túlkunar gagna.
Viltu læra meira? Skoðaðu tengdar greinar:
[Dýnamískt svið] – Hvað er dynamískt svið?
Skammtanýtni í vísindamyndavélum: Leiðbeiningar fyrir byrjendur
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
