25/02/2022La dimensione dei pixel della fotocamera si riferisce alle dimensioni fisiche (larghezza e altezza) di ogni singolo pixel sul sensore della fotocamera, tipicamente misurate in micrometri (μm). Si tratta di una specifica cruciale che influenza sia la sensibilità della fotocamera sia la sua capacità di catturare dettagli fini. Tuttavia, la dimensione dei pixel dell'immagine (derivante dalla dimensione dei pixel del sensore e dall'ingrandimento del sistema ottico) gioca un ruolo più diretto nel determinare molte proprietà dell'immagine.
1. La relazione tra la dimensione dei pixel del sensore e la dimensione dei pixel dell'immagine
Dimensioni pixel del sensore vs. dimensioni pixel dell'immagine:
La dimensione dei pixel del sensore è la dimensione fisica di un singolo pixel sul sensore. Tuttavia, la dimensione dei pixel dell'immagine è determinata dalla dimensione dei pixel del sensore divisa per l'ingrandimento del sistema.
L'ingrandimento del sistema ottico (determinato dai componenti ottici come lenti o obiettivi del microscopio) gioca un ruolo cruciale nella dimensione effettiva dei pixel dell'immagine.
Impatto dei sistemi ottici:
Sistemi a piano focale fisso (ad esempio, obiettivi per microscopio) vs. sistemi focalizzabili (ad esempio, obiettivi per fotocamere convenzionali):
Nei sistemi a piano focale fisso, la dimensione dei pixel è direttamente correlata all'ingrandimento: i pixel più grandi possono raccogliere più luce, offrendo una maggiore sensibilità.
Nei sistemi con messa a fuoco, l'ingrandimento può essere regolato modificando la distanza dal soggetto o utilizzando obiettivi zoom, che a loro volta modificano la dimensione effettiva dei pixel dell'immagine.
2. Sensibilità e dimensione dei pixel
Pixel più grandi e sensibilità:
I pixel più grandi riescono a raccogliere più luce, migliorando la sensibilità della fotocamera, soprattutto in condizioni di scarsa illuminazione.
Analogia: i pixel più grandi sono come un secchio rispetto a una tazza per raccogliere l'acqua piovana: l'area più grande raccoglie più fotoni, il che aumenta la sensibilità.
Ad esempio, se la dimensione di un pixel raddoppia sia nella direzione X che in quella Y, l'area del pixel aumenta di quattro volte, il che significa che può raccogliere quattro volte più fotoni.
Vantaggi dell'imaging in condizioni di scarsa illuminazione:
L'aumento delle dimensioni dei pixel migliora significativamente la capacità della fotocamera di catturare segnali luminosi deboli, riducendo il tempo di esposizione o il livello di luce necessari.
3. Dimensione dei pixel vs. risoluzione dell'immagine
Compromesso di risoluzione:
Pixel più grandi possono migliorare la sensibilità, ma possono anche ridurre la capacità di risolvere i dettagli più fini.
Esempio: un pixel da 1 μm avrà difficoltà a risolvere dettagli più piccoli di 2 μm, poiché le caratteristiche adiacenti si confonderanno tra loro.
Il grado di pixelizzazione aumenta con i pixel più grandi, il che significa che i dettagli più fini nell'immagine diventeranno indistinti.
Limitazioni del sistema ottico:
Anche la risoluzione del sistema ottico è un fattore limitante nella risoluzione dei dettagli più fini. Ogni sistema ottico ha un limite oltre il quale la riduzione delle dimensioni dei pixel non aumenta la risoluzione, ma riduce la sensibilità.
Per i sistemi basati su obiettivi microscopici, l'apertura numerica (NA) determina principalmente questo limite di risoluzione.
4. Adattamento delle dimensioni dei pixel al sistema ottico
Dimensioni ideali dei pixel per microscopi ad alto NA:
Una fotocamera con pixel da 6,5 μm è ideale per obiettivi microscopici ad alta NA da 60x.
Le fotocamere con pixel da 10 o 11 μm sono più adatte per obiettivi ad alta NA da 100x.
Pixel più grandi possono garantire una maggiore sensibilità, ma pixel più piccoli non migliorano necessariamente la risoluzione dei dettagli; sono più utili per catturare dettagli più fini dell'immagine solo se il sistema ottico è in grado di supportare tale risoluzione.
5. Conclusione: bilanciamento tra dimensione dei pixel, sensibilità e risoluzione
Compromesso sulle dimensioni dei pixel:
I pixel più grandi sono più adatti per le immagini in condizioni di scarsa illuminazione e per migliorare la sensibilità, ma sacrificano la capacità di risolvere i dettagli più fini delle immagini.
Pixel più piccoli migliorano la risoluzione dell'immagine ma possono ridurre la sensibilità, soprattutto in condizioni di scarsa illuminazione.
Corrispondenza del sistema:
La dimensione ideale dei pixel della fotocamera dipende dal sistema ottico utilizzato. Per i sistemi con ingrandimento maggiore (come i microscopi ad alta NA), la dimensione dei pixel deve essere bilanciata con il potere risolutivo del sistema ottico e l'applicazione di imaging prevista.
