13. maí 2022Í vísindalegri myndgreiningu er bjartasta merkið sem myndavél getur skráð nákvæmlega ekki eingöngu ákvarðað af lýsingartíma eða lýsingu heldur af því hversu mikið merki hver pixla getur rúmað áður en...pixlamettunkemur fyrir.
Fullur brunnsrýmd pixils skilgreinir þessi efri mörk. Þegar pixill verður mettaður endurspeglar skráður styrkur hans ekki lengur raunverulegt merkisstig, sem leiðir til mælingavillna og taps á megindlegum upplýsingum.
Þar af leiðandi,fullur brunnsgeta (FWC)gegnir mikilvægu hlutverki í forritum sem krefjast mikils kraftmikils sviðs, þar sem sterk og veik merki verða að vera tekin samtímis innan sömu myndar.
Hvað er full brunnsgeta (FWC)?
Fullur brunnsgeta (FWC) af pixli vísar tilhámarksfjöldi ljósrafeindasem hægt er að mæla. Í flestum tilfellum er þessi takmörkun skilgreind af hönnun pixilsins: greindar ljósrafeindir eru geymdar í endanlegum spennubrunni meðan á lýsingu stendur, sem getur aðeins haldið takmarkaðri hleðslu.
Mynd 1sýnir fram á tengslin milli fullrar brunnsafkastagetu og breytilegs sviðs
(A)Lágt afkastageta brunnsins veldur því að myndin tapar upplýsingum um björt merki.
(B)Mikil afkastageta í fullum brunni varðveitir merkjaupplýsingar yfir allt styrkleikasviðið.
Eins og sést á mynd 1, þá eykur hærri fullur brunnsafköst (FWC) nothæft merkjasvið og virkt breytilegt svið.
Við há merkjastig, þegar pixlabrunnurinn fyllist, dregur uppsafnaða hleðslan úr rafsviðinu innan möguleikabrunnsins. Þetta takmarkar getu pixilsins til að safna fleiri ljósrafeindum og veldur ólínuleika í svörun skynjarans við há merkjastig, sem oft fylgir lækkun á virkri skammtanýtni.
Hugtakiðlínuleg full brunnsgeta (línuleg FWC)er notað til að lýsa hæsta merkisstigi þar sem engin sýnileg ólínuleg breytileiki á sér stað. Þetta gildi táknar hámarksmerkið sem hægt er að mæla með því að viðhalda línulegri svörun við ljósi og þetta er sú forskrift sem oftast er gefin upp á gagnablöðum vísindamyndavéla.
Í reynd er hugtakið FWC einnig notað til að vísa til mettunargetu eða mettunarmerkis,sem er takmarkað af bitadýpt og ADC upplausn, skilgreint sem hæsta mögulega grástig sem ákvarðast af bita dýpt myndavélarinnar.
Þó að þessi gildi geti verið samhljóða í sumum kerfum,vísindamyndavélarbjóða oft upp á marga útlestrarhami með mismunandi ADC-dýptarsviðum. Í slíkum tilfellum geta hamir með lægri bita dýpt aðeins nálgast hluta af tiltækum efnislegum FWC.
Hvernig virkar FWC á pixlastigi?
Við töku mynda innfallandi ljóseindir rafeindir innan kísilskynjarans. Þessar rafeindir eru safnaðar og geymdar í pixlabrunni þar til aflestur fer fram.
Hver pixla hefur hámarksfjölda rafeinda sem hún getur geymt. Mettun getur átt sér stað annað hvort þegar geymslurými pixilsins er farið fram úr eða þegar stafrænt gráskalagildi nær hámarksmörkum sínum. Þegar mettun er náð tapast frekari merkisupplýsingar og ekki er lengur hægt að magngreina þær nákvæmlega.
Full brunnsgeta í blönduðum merkjasviðum
Helst er lýsingartími og birtustig stillt þannig að ekki sé hægt að metta pixla alveg. Þetta verður þó krefjandi í senum þar sem björt og dimm merki eru til staðar samtímis innan sama sjónsviðs.
Að stytta útsetningartíma eða lýsingu til að koma í veg fyrir mettun björtu svæða veldur oft því að dauf merki falla nálægt suðgrunninum, sem gerir erfiða greiningu eða megindlega mælingu. Í slíkum tilfellum getur suð ráðið ríkjum í veikum merkjasvæðum.
Hærri FWC eykur nothæft útsetningar- og lýsingarsvið, sem gerir kleift að greina dauf merki áreiðanlegri án þess að metta bjartari eiginleika. Þetta bætir beint mælingarþol í myndgreiningartilvikum með hátt virkt svið.
(Nánari umfjöllun um þetta samband er að finna í kaflanum um orðalista um kraftmikið svið.)
Þegar fullur brunnsgeta skiptir minna máli?
Í forritum sem starfa eingöngu við léleg birtuskilyrði, eða þar sem breytilegt svið er ekki aðaláhyggjuefni, gegnir FWC minna mikilvægu hlutverki í vali á myndavél og hagræðingu breytna. Í þessum tilfellum geta aðrir þættir eins og lestrarhávaði eða næmi ráðið ríkjum í afköstum.
Málaferli milli fullrar brunnsgetu og rammatíðni
Sumar vísindamyndavélar bjóða upp á marga lestrarstillingar, sem bjóða upp á mismunandi samsetningar af rammatíðni, hávaða og aðgengilegri fullri brunnsafkastagetu (FWC). Í mörgum tilfellum er hægt að ná hærri rammatíðni með því að minnka virka FWC.
Þessi málamiðlun getur verið kostur í myndgreiningu með miklum hraða og við litla birtu þar sem hætta á mettun er í lágmarki. Hins vegar krefst hún þess að íhuga vandlega merkjastig og útsetningarmörk til að tryggja að gagnagæði séu viðhaldið.
Hversu mikla fullkomnu brunnsgetu þarftu?
Í myndgreiningu getur hærri myndgæði oft verið gagnleg og hægt er að bæta þau bæði með auknu merkis-til-suðhlutfalli og kraftmiklu sviði. Bæði hámarks mögulega SNR og kraftmikið svið sem myndavél getur skilað eru takmörkuð af FWC.
Hins vegar, í reynd, ná aðeins sum myndgreiningarforrit FWC myndavéla sinna eða myndavélarstillinga. Dæmigerðar vísindamyndavélar geta haft fulla brunnsafköst að minnsta kosti yfir 10.000e-, oft í kringum 30-80.000e-. Þó að sum forrit krefjist mjög hás FWC, þá er það í mörgum forritum sem krefjast...myndavélar með mikilli næmni, merki verða oft (eða jafnvel stærðargráður) lægri en þessi hámarksgildi.
Dæmi: Dæmigert hámarksmerki í mismunandi myndgreiningarforritum
Mismunandi myndgreiningartækni hafa oft mjög mismunandi dæmigerð hámarksmerkjastig. Tiltekið FWC næst oft með málamiðlun við aðrar myndavélarforskriftir, og það er skynsamlegt að aðlaga myndavél eða myndavélarstillingu að væntanlegu merki. Hér að neðan eru nokkur dæmi um hámarksmerki sem sjást venjulega í mismunandi myndgreiningarforritum.
●Myndgreining á einstökum sameindum: 5-500e-
●Myndgreining á lifandi frumum: 50-1000e-
● Snúningsdiskur með samsvörun: 20-1000e-
●Kalsíummyndgreining: 100-5.000 rafrænar
● Myndgreining á föstum flúrljómunargögnum: 2.000-20.000e-
● Myndgreining með björtu ljósi/gegnsæju ljósi: 1.000-100.000e-
● Myndgreining með mikilli styrkleika umhverfisljóss: 1.000-100.000+ rafrettur
Niðurstaða
FWC er oft litið á sem forskrift fyrir skynjara, en þýðing þess nær einnig til myndgreiningar á kerfisstigi. FWC skilgreinir ekki aðeins hámarks mælanlegt merki á pixlastigi heldur ákvarðar það hversu mikla sveigjanleika í lýsingu og útsetningu myndgreiningarvinnuflæði getur þolað áður en mettun eða ólínuleiki á sér stað.
Algengar spurningar
Hvers vegna mettast myndir auðveldlega við mikinn hraða?
Við mikinn hraða í myndvinnslu verða lýsingartími og birtumörk takmarkaðri. Ef FWC er ófullnægjandi ná björtu svæðin mettun fljótt, sem neyðir til styttri lýsingar sem minnkar heildarvirka sviðið.
Hvers vegna minnkar aukin rammatíðni nothæft kraftmikið svið?
Hærri rammatíðni krefst oft styttri lýsingartíma eða mismunandi lestrarstillinga sem takmarka aðgengi að FWC. Þetta þrengir nothæft merkissvið og eykur hættuna á mettun eða suðmælingum.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
