[Pixlastærð] Ein mikilvægasta myndavélarupplýsingin til að hámarka myndgreiningu

Pixelstærð myndavélarinnar vísar til efnislegra vídda (breiddar og hæðar) hverrar einstakrar pixlu á skynjaranum, oftast mæld í míkrómetrum (μm). Þetta er mikilvæg forskrift sem hefur áhrif á bæði næmi myndavélarinnar og getu hennar til að fanga fínar upplýsingar. Hins vegar gegnir pixlastærð myndarinnar (sem kemur frá pixlastærð skynjarans og stækkun sjónkerfisins) beinna hlutverki við að ákvarða marga eiginleika myndgreiningarinnar.

 

1. Sambandið milli pixlastærðar skynjara og pixlastærðar myndar

 

Stærð skynjara á móti stærð myndar á pixla:

 

Stærð pixla skynjarans er efnisleg stærð eins pixils á skynjaranum. Hins vegar er pixlastærð myndarinnar ákvörðuð með pixlastærð skynjarans deilt með stækkun kerfisins.

Stækkun sjónkerfisins (sem er ákvörðuð af sjónrænum íhlutum eins og linsum eða smásjárobjektiflum) gegnir lykilhlutverki í virkri pixlastærð myndarinnar.

 

Áhrif sjónkerfa:

 

Fastar brennipunktskerfi (t.d. smásjárlinsur) samanborið við fókuskerfi (t.d. hefðbundnar myndavélarlinsur):

Í kerfum með föstum brenniplani er pixlastærðin í beinu samhengi við stækkunina og stærri pixlar geta safnað meira ljósi, sem býður upp á meiri næmni.

Í fókuskerfum er hægt að stilla stækkunina með því að breyta fjarlægðinni að viðfangsefninu eða nota aðdráttarlinsur, sem aftur breytir virkri pixlastærð myndarinnar.

 

2. Næmi og pixlastærð

 

Stærri pixlar og næmni:

 

Stærri pixlar geta safnað meira ljósi, sem bætir næmi myndavélarinnar, sérstaklega við litla birtu.

Samlíking: Stærri pixlar eru eins og fötu samanborið við bolla til að safna regnvatni — stærra svæðið safnar fleiri ljóseindum, sem eykur næmi.

Til dæmis, ef stærð pixils tvöfaldast bæði í X- og Y-átt, þá fjórfaldast flatarmál pixilsins, sem þýðir að hann getur safnað fjórum sinnum fleiri ljóseindum.

 

Kostir myndgreiningar í litlu ljósi:

 

Aukin pixlastærð bætir verulega getu myndavélarinnar til að fanga veik ljósmerki, sem dregur úr nauðsynlegum lýsingartíma eða ljósstigi.

 

3. Pixlastærð vs. myndupplausn

 

Upplausnarviðskipti:

 

Stærri pixlar geta aukið næmi en þeir geta einnig dregið úr getu til að greina fínar upplýsingar.

Dæmi: 1 μm pixla á erfitt með að greina smáatriði sem eru minni en 2 μm, þar sem nágrannaeiginleikar munu þoka hver við annan.

Pixlunarstigið eykst með stærri pixlum, sem þýðir að fínni smáatriði í myndinni verða óskýr.

 

Takmarkanir á sjónkerfi:

 

Upplausn ljóskerfis er einnig takmarkandi þáttur í að greina fínar smáatriði. Hvert ljóskerfi hefur takmörk þar sem minnkun á pixlastærð mun ekki auka upplausnina en minnka næmi.

Fyrir kerfi sem byggja á smásjár-hlutfótum ákvarðar töluleg ljósop (NA) fyrst og fremst þessi upplausnarmörk.

 

4. Að passa pixlastærð við ljóskerfi

 

Kjörstærð pixla fyrir smásjár með háu NA:

 

Myndavél með 6,5 μm pixlastærð hentar tilvalið við 60x há-NA smásjárobjektiglu.

Myndavélar með 10 eða 11 μm pixlum henta best fyrir 100x háa NA objektiv.

Stærri pixlar geta gefið meiri næmni, en minni pixlar bæta ekki endilega upplausn smáatriða; þeir eru gagnlegri til að fanga fínni myndupplausn aðeins ef sjónkerfið styður slíka upplausn.

 

5. Niðurstaða: Jafnvægi á milli pixlastærðar, næmis og upplausnar

 

Málamiðlun á pixlastærð:

Stærri pixlar eru betri fyrir myndir í lítilli birtu og til að bæta næmi en fórna getunni til að greina fínar smáatriði í myndinni.

Minni pixlar bæta myndupplausn en geta dregið úr næmi, sérstaklega við litla birtu.

 

Kerfissamsvörun:

Kjörstærð pixla fyrir myndavél fer eftir því hvaða ljósfræðilega kerfi er notað. Fyrir kerfi með meiri stækkun (eins og smásjár með mikilli NA) verður að vega og meta pixlastærðina á móti upplausnargetu ljósfræðilega kerfisins og fyrirhugaðri myndgreiningarnotkun.