[גודל פיקסל] אחד ממפרטי המצלמה החשובים ביותר למיטוב לצורך צילום

גודל פיקסל המצלמה מתייחס למידות הפיזיות (רוחב וגובה) של כל פיקסל בנפרד בחיישן המצלמה, הנמדדים בדרך כלל במיקרו-מטרים (μm). זהו מפרט מכריע המשפיע הן על רגישות המצלמה והן על יכולתה ללכוד פרטים עדינים. עם זאת, גודל פיקסל התמונה (הנובע מגודל פיקסל החיישן והגדלת המערכת האופטית) ממלא תפקיד ישיר יותר בקביעת תכונות הדמיה רבות.

 

1. הקשר בין גודל פיקסל החיישן לגודל פיקסל התמונה

 

גודל פיקסל חיישן לעומת גודל פיקסל תמונה:

 

גודל פיקסל החיישן הוא הגודל הפיזי של פיקסל בודד על החיישן. עם זאת, גודל פיקסל התמונה נקבע על ידי גודל פיקסל החיישן חלקי הגדלת המערכת.

להגדלת המערכת האופטית (אשר נקבעת על ידי רכיבים אופטיים כמו עדשות או מטרות מיקרוסקופ) תפקיד מכריע בגודל פיקסל התמונה האפקטיבי.

 

השפעת מערכות אופטיות:

 

מערכות מישור מוקד קבוע (למשל, מטרות מיקרוסקופ) לעומת מערכות ניתנות למיקוד (למשל, עדשות מצלמה קונבנציונליות):

במערכות מישור מוקד קבוע, גודל הפיקסל קשור ישירות להגדלה, ופיקסלים גדולים יותר יכולים לאסוף יותר אור, מה שמציע רגישות גבוהה יותר.

במערכות הניתנות למיקוד, ניתן לכוונן את ההגדלה על ידי שינוי המרחק לנושא או שימוש בעדשות זום, אשר בתורן משנה את גודל פיקסל התמונה האפקטיבי.

 

2. רגישות וגודל פיקסל

 

פיקסלים ורגישות גדולים יותר:

 

פיקסלים גדולים יותר יכולים לאסוף יותר אור, מה שמשפר את רגישות המצלמה, במיוחד בתנאי תאורה חלשה.

אנלוגיה: פיקסלים גדולים יותר הם כמו דלי בהשוואה לכוס לאיסוף מי גשמים - שטח גדול יותר אוסף יותר פוטונים, מה שמגביר את הרגישות.

לדוגמה, אם גודלו של פיקסל מכפיל את עצמו גם בכיוונים X וגם בכיוונים Y, שטח הפיקסל גדל פי ארבעה, כלומר הוא יכול לאסוף פי ארבעה יותר פוטונים.

 

יתרונות הדמיה בתאורה חלשה:

 

גודל פיקסל מוגדל משפר משמעותית את יכולתה של המצלמה ללכוד אותות אור חלשים, ומפחית את זמן החשיפה או את רמת האור הנדרשים.

 

3. גודל פיקסל לעומת רזולוציית תמונה

 

פשרה ברזולוציה:

 

פיקסלים גדולים יותר עשויים לשפר את הרגישות, אך הם יכולים גם להפחית את היכולת לפענח פרטים עדינים.

דוגמה: פיקסל של 1 מיקרון יתקשה לפענח פרטים קטנים מ-2 מיקרון, מכיוון שהמאפיינים הסמוכים יטשטשו זה לתוך זה.

דרגת הפיקסילציה עולה עם פיקסלים גדולים יותר, כלומר פרטים עדינים יותר בתמונה יהפכו למטושטשים.

 

מגבלות מערכת אופטית:

 

רזולוציית מערכת אופטית היא גם גורם מגביל בפתרון פרטים עדינים. לכל מערכת אופטית יש מגבלה שמעבר לה הקטנת גודל הפיקסל לא תשפר את הרזולוציה אך תפחית את הרגישות.

עבור מערכות מבוססות מיקרוסקופ-אובייקטיב, הצמצם המספרי (NA) קובע בעיקר את מגבלת הרזולוציה הזו.

 

4. התאמת גודל פיקסל למערכת אופטית

 

גודל פיקסל אידיאלי עבור מיקרוסקופים בעלי רמת NA גבוהה:

 

מצלמה בגודל פיקסל של 6.5 מיקרומטר מתאימה באופן אידיאלי למטרות מיקרוסקופ בעלות NA גבוה פי 60.

מצלמות עם פיקסלים של 10 או 11 מיקרומטר מתאימות ביותר למטרות בעלות NA גבוה פי 100.

פיקסלים גדולים יותר יכולים להניב רגישות גבוהה יותר, אך פיקסלים קטנים יותר לא בהכרח משפרים את רזולוציית הפרטים; הם שימושיים יותר ללכידת פרטי תמונה עדינים יותר רק אם המערכת האופטית יכולה לתמוך ברזולוציה כזו.

 

5. סיכום: איזון בין גודל פיקסל, רגישות ורזולוציה

 

פשרה בגודל פיקסל:

פיקסלים גדולים יותר טובים יותר להדמיה בתאורה חלשה ולשיפור הרגישות, אך פוגעים ביכולת לפענח פרטים עדינים בתמונה.

פיקסלים קטנים יותר משפרים את רזולוציית התמונה אך עשויים להפחית את הרגישות, במיוחד בתנאי תאורה חלשים.

 

התאמת מערכת:

גודל הפיקסל האידיאלי של המצלמה תלוי במערכת האופטית שבה נעשה שימוש. עבור מערכות עם הגדלה גבוהה יותר (כמו מיקרוסקופים בעלי הגדלה נמוכה), גודל הפיקסל חייב להיות מאוזן עם כוח הרזולוציה של המערכת האופטית ועם יישום ההדמיה המיועד.