25/09/04Di wênekêşiya dîjîtal de, hêsan e ku meriv texmîn bike ku çareseriya bilindtir bixweber tê wateya wêneyên çêtir. Hilberînerên kamerayan pir caran pergalên li ser bingeha hejmarên megapîkselan bazar dikin, lê çêkerên lensan hêza çareseriyê û tûjbûnê destnîşan dikin. Lêbelê, di pratîkê de, kalîteya wêneyê ne tenê bi taybetmendiyên lens an sensorê bi ferdî ve girêdayî ye, lê di heman demê de bi wê yekê ve jî girêdayî ye ka ew çiqas baş li hev tên.
Li vir e ku nimûnegirtina Nyquist tê de cih digire. Krîtera Nyquist, ku di eslê xwe de prensîbek ji pêvajoya sînyalê ye, çarçoveya teorîk ji bo girtina hûrguliyan bi awayekî rast destnîşan dike. Di wênekirinê de, ew piştrast dike ku çareseriya optîkî ya ji hêla lensê ve tê peyda kirin û çareseriya dîjîtal a sensora kamerayê bi hev re bi rengek ahengdar dixebitin.
Ev gotar nimûnegirtina Nyquist di çarçoveya wênekirinê de vedibêje, hevsengiya di navbera çareseriya optîkî û kamerayê de rave dike, û rêbernameyên pratîkî ji bo sepanên ji wênekêşiyê bigire heya wênekirina zanistî peyda dike.
Nimûnekirina Nyquist çi ye?
Wêne 1: Teorema nimûnegirtina Nyquist
Kop:Sînyalek sînusoîdal (şîn) li gelek xalan tê pîvandin, an jî nimûnekirin. Xeta gewr a dirêj-xêzkirî pîvanek ji bo her çerxek sînyala sînusoîdal temsîl dike, tenê lûtkeyên sînyalê digire, xwezaya rastîn a sînyalê bi tevahî vedişêre. Xêza sor a bi xêzkirî ya nazik 1.1 pîvan ji bo her nimûneyê digire, sînusoîdek eşkere dike lê frekansa wê xelet nîşan dide. Ev dişibihe qalibek Moiré.
Erd:Tenê dema ku di her çerxê de 2 nimûne werin girtin (xeta xalxalî ya binefşî), xwezaya rastîn a sînyalê dest pê dike ku were girtin.
Teorema nimûnegirtinê ya Nyquist prensîbeke hevpar e li seranserê pêvajoya sînyalê di elektronîk, pêvajoya deng, wênekirinê û warên din de. Teorem eşkere dike ku ji bo ji nû ve avakirina frekanseke diyarkirî di sînyalekê de, pîvandin divê herî kêm du qat ji wê frekansê, ku di Şekil 1 de tê nîşandan, werin kirin. Di rewşa çareseriya me ya optîkî de, ev tê vê wateyê ku mezinahiya pîkselê ya qada tiştê me divê herî zêde nîvê hûrguliya herî piçûk a ku em hewl didin bigirin be, an jî, di rewşa mîkroskopê de, nîvê çareseriya mîkroskopê be.
Wêne 2: Nimûnegirtina Nyquist bi pîkselên çargoşe: arastekirin girîng e
Bi karanîna kamerayek bi şebekeyek ji pîkselên çargoşe, faktora nimûnegirtinê ya 2x a teorema Nyquist tenê dê hûrguliyên ku bi tevahî bi şebekeya pîkselan re li hev hatine bi awayekî rast bigire. Ger hewl were dayîn ku avahiyên di goşeyek ji şebekeya pîkselan de werin çareser kirin, mezinahiya pîkselê ya bi bandor mezintir e, heta √2 caran li ser diyagonal mezintir e. Ji ber vê yekê, rêjeya nimûnegirtinê divê 2√2 caran ji frekansa fezayî ya xwestî be da ku hûrguliyan di 45° de li gorî şebekeya pîkselan bigire.
Sedema vê yekê bi berçavgirtina Wêne 2 (nîvê jorîn) eşkere dibe. Bifikirin ku mezinahiya pîkselê li gorî çareseriya optîkî hatiye danîn, ku lûtkeyên du çavkaniyên xala cîran, an jî her hûrgiliyek ku em hewl didin çareser bikin, dide her yek pîkselek xwe. Her çend ev dûv re bi awayekî cuda têne tespît kirin jî, di pîvandinên encam de nîşanek tune ku ew du lûtkeyên cuda ne - û careke din pênaseya me ya "çareserkirinê" nayê bicîhanîn. Pîkselek di navberê de hewce ye, ku nizmek sînyalê digire. Ev bi kêmî ve du qatkirina rêjeya nimûneya fezayî, ango nîvkirina mezinahiya pîkselê ya fezayê, tê bidestxistin.
Çareseriya Optîkî li hember Çareseriya Kamerayê
Ji bo fêmkirina ka nimûnegirtina Nyquist di wênekirinê de çawa dixebite, divê em du celebên çareseriyê ji hev cuda bikin:
● Çareseriya Optîkî: Çareseriya optîkî, ku ji hêla lensê ve tê destnîşankirin, qabîliyeta wê ya ji nû ve hilberandina hûrguliyên hûr vedibêje. Faktorên wekî kalîteya lensê, vebûna aperturê û difraksiyonê vê sînor destnîşan dikin. Fonksiyona veguhastina modulasyonê (MTF) pir caran tê bikar anîn da ku bipîve ka lensek çiqas baş berevajîyê di frekansên cûda yên fezayî de vediguhezîne.
● Çareseriya Kamerayê: Çareseriya kamerayê, ku ji hêla sensorê ve tê destnîşankirin, bi mezinahiya pîkselê, pîçeya pîkselê, û pîvanên giştî yên sensorê ve girêdayî ye. Pîçeya pîkselê yaKamera CMOSrasterast frekansa xwe ya Nyquist diyar dike, ku hûrguliya herî zêde ya ku sensor dikare bigire diyar dike.
Dema ku ev herdu ne li hev in, pirsgirêk derdikevin. Lensek ku ji hêza çareseriyê ya sensorê derbas dibe bi bandor "berbat dibe", ji ber ku sensor nikare hemî hûrguliyan bigire. Berevajî vê, sensorek bi çareseriya bilind ku bi lensek bi kalîteya nizm ve tê hevber kirin, dibe sedema wêneyên ku tevî megapîkselên zêdetir jî baştir nabin.
Meriv Çawa Çareseriya Optîkî û Kamerayê Dikare Balansê Bike
Hevsengkirina optîk û sensoran tê wateya hevberkirina frekansa Nyquist a sensorê bi frekansa qutbûna optîkî ya lensê re.
● Frekansa Nyquist a sensorek kamerayê wekî 1 / (2 × pixel pitch) tê hesibandin. Ev frekansa fezayî ya herî bilind ku sensor dikare bêyî aliasing nimûneyê bigire destnîşan dike.
● Frekansa qutkirina optîkî bi taybetmendiyên lens û difraksiyonê ve girêdayî ye.
Ji bo encamên çêtirîn, divê frekansa Nyquist a sensorê bi kapasîteya çareserkirinê ya lensê re li hev bike an jî hinekî ji wê derbas bibe. Di pratîkê de, qaîdeyek baş ew e ku meriv piştrast bike ku pitchêla pîkselê bi qasî nîvê mezinahiya taybetmendiya çareserker a herî piçûk a lensê ye.
Bo nimûne, eger lenzek bikaribe hûrguliyan heta 4 mîkrometreyan çareser bike, wê demê sensorek bi mezinahiya pîkselê ya ~2 mîkrometreyan dê pergalê baş hevseng bike.
Hevberkirina Nyquist bi Çareseriya Kamerayê re û Dijwariya Pîkselên Çargoşe
Bazirganiya bi kêmbûna mezinahiya pîkselê ya qada objeyê re, kêmbûna şiyana berhevkirina ronahiyê ye. Ji ber vê yekê girîng e ku hewcedariya çareseriyê û berhevkirina ronahiyê were hevseng kirin. Wekî din, mezinahiyên pîkselê yên qada objeyê yên mezintir meyla didin ku qadeke dîtinê ya mezintir a mijara wênekirinê nîşan bidin. Ji bo sepanên ku hin hewceyê çareseriyek baş in, tê gotin ku hevsengiya çêtirîn a 'qaîdeya tiliyê' wiha tê danîn: Mezinahiya pîkselê ya qada objeyê, dema ku bi hin faktoran re were zêdekirin da ku Nyquist hesab bike, divê wekhevî çareseriya optîkî be. Ev mîqdar wekî çareseriya kamerayê tê binav kirin.
Hevsengkirina optîk û sensoran pir caran vedigere ser wê yekê ku çareseriya nimûnegirtinê ya bi bandor a kamerayê bi sînorê çareseriya optîkî ya lensê re li hev bike. Tê gotin ku sîstem "bi Nyquist re li hev dike" dema ku:
Çareseriya kamerayê = Çareseriya optîkî
Ku çareseriya kamerayê ji hêla ve tê dayîn:
Faktora ku ji bo Nyquist tê pêşniyarkirin 2.3 e, ne 2. Sedema vê yekê wiha ye.
Pîkselên kamerayê (bi gelemperî) çargoşe ne û li ser şebekeyeke 2-D hatine rêzkirin. Mezinahiya pîkselê wekî ku ji bo karanîna di hevkêşeya li hember de hatiye destnîşankirin, firehiya pîkselan li ser eksên vê şebekeyê temsîl dike. Ger taybetmendiyên ku em hewl didin çareser bikin, di her goşeyekê de bin ji bilî pirjimara bêkêmasî ya 90° li gorî vê şebekeyê, mezinahiya pîkselê ya bi bandor dê mezintir be, heta √2 ≈ 1.41 carî mezinahiya pîkselê li 45°. Ev di Wêne 2 de tê nîşandan (nîvê jêrîn).
Ji ber vê yekê, faktora pêşniyarkirî li gorî pîvana Nyquist di hemî arasteyan de dê 2√2 ≈ 2.82 be. Lêbelê, ji ber danûstandina ku berê di navbera çareseriyê û berhevkirina ronahiyê de hatî behs kirin, nirxek lihevhatinê ya 2.3 wekî qaîdeyek giştî tê pêşniyar kirin.
Rola Nimûneya Nyquist di Wênekirinê de
Nimûnegirtina Nyquist dergevanê rastbûna wêneyê ye. Dema ku rêjeya nimûnegirtinê dakeve bin sînorê Nyquist:
● Kêmnimûnekirin → dibe sedema şaşkirinan: hûrguliyên xelet, qiraxên tûj, an jî şêweyên moiré.
● Zêde-nimûnekirin → ji ya ku optîk dikare radest bike bêtir daneyan digire, û dibe sedema kêmbûna vegerê: pelên mezintir û daxwazên pêvajoyê yên bilindtir bêyî başbûnên berbiçav.
Nimûnegirtina rast misoger dike ku wêne hem tûj û hem jî bi rastiyê re rast in. Ew hevsengiyê di navbera têketina optîkî û girtina dîjîtal de peyda dike, û ji ber vê yekê pêşî li windabûna çareseriyê li aliyekî an jî ji bermayiyên şaş li aliyê din digire.
Serlêdanên Pratîkî
Nimûnegirtina Nyquist ne tenê teorî ye - ew di seranserê dîsîplînên wênekirinê de serîlêdanên girîng hene:
● Mîkroskopî:Lêkolîner divê sensorên ku herî kêm du qat ji hûrgiliyên herî biçûk ên ku ji hêla lenza objektîf ve têne çareser kirin nimûneyan bigirin hilbijêrin. Hilbijartina rastkameraya mîkroskopêgirîng e, ji ber ku mezinahiya pîkselê divê bi çareseriya sînorkirî ya difraksiyonê ya objektîfa mîkroskopê re li hev bike. Laboratuarên nûjen pir caran tercîh dikinkamerayên sCMOS, ku ji bo wênekirina biyolojîkî ya performansa bilind hevsengiyek di navbera hesasiyet, rêza dînamîk, û avahiyên pîkselên hûr de peyda dike.
● Wênekêşî:Hevberkirina sensorên megapîkselên bilind bi lensên ku nikarin hûrguliyên bi heman rengî yên piçûk çareser bikin, pir caran dibe sedema başbûnên pir hindik di tûjbûnê de. Wênesazên profesyonel lens û kamerayan hevseng dikin da ku ji windakirina çareseriyê dûr bisekinin.
● Wênekêşî:Hevberkirina sensorên megapîkselên bilind bi lensên ku nikarin hûrguliyên bi heman rengî yên piçûk çareser bikin, pir caran dibe sedema başbûnên pir hindik di tûjbûnê de. Wênesazên profesyonel lens û kamerayan hevseng dikin da ku ji windakirina çareseriyê dûr bisekinin.
● Dîtina Makîneyê &Kamerayên ZanistîDi kontrolkirina kalîteyê û vekolîna pîşesaziyê de, kêmbûna taybetmendiyên piçûk ji ber kêmbûna nimûnegirtinê dikare bibe sedema ku beşên xelet neyên tespîtkirin. Zêde nimûnegirtin dikare bi zanebûn ji bo zoomkirina dîjîtal an pêvajoyek pêşkeftî were bikar anîn.
Kengê Lihevhatina Nyquist Bikin: Zêde-nimûnekirin û Kêm-nimûnekirin
Nimûnegirtina Nyquist hevsengiya îdeal temsîl dike, lê di pratîkê de, pergalên wênekirinê dikarin bi zanebûn li gorî serîlêdanê nimûneyê zêde an kêm bikin.
Kêmnimûnekirin çi ye?
Di rewşa sepanên ku hesasiyet ji çareserkirina hûrguliyên herî piçûk girîngtir e de, karanîna mezinahiya pîkselê ya qada objeyê ku ji daxwazên Nyquist mezintir e dikare bibe sedema avantajên berbiçav ên berhevkirina ronahiyê. Ev wekî undersampling tê binavkirin.
Ev hûrguliyên hûr feda dike, lê dikare sûdmend be dema ku:
● Hesasiyet pir girîng e: pîkselên mezintir bêtir ronahî berhev dikin, û rêjeya sînyalê-deng di wêneyên kêm-ronahî de baştir dikin.
● Leza girîng e: kêmtir pîksel dema xwendinê kêm dikin, û ev yek dihêle ku destgirtin zûtir be.
● Karîgeriya daneyan pêwîst e: di pergalên bi sînorkirina bandwidthê de mezinahiyên pelên piçûktir çêtir in.
Mînak: Di wênekirina kalsiyûm an voltaja de, sînyal bi gelemperî li ser herêmên balkêş têne navînîkirin, ji ber vê yekê nimûnegirtina kêm bêyî ku encamên zanistî têk bibe, berhevkirina ronahiyê çêtir dike.
Oversampling çi ye?
Berevajî vê, gelek serlêdanên ku çareserkirina hûrguliyên hûr girîng e, an jî serlêdanên ku rêbazên analîza piştî bidestxistinê bikar tînin da ku agahdariya zêde li derveyî sînorê difraksiyonê bistînin, pîkselên wênekêşiyê yên piçûktir ji yên ku Nyquist dixwaze hewce dikin, ku jê re oversampling tê gotin.
Her çend ev çareseriya rastîn a optîkî zêde neke jî, ew dikare avantajan peyda bike:
● Zûmkirina dîjîtal bi windabûna kêmtir a kalîteyê çalak dike.
● Pêvajoya piştî pêvajoyê baştir dike (mînak, dekonvolasyon, bêdengî, çareseriya super).
● Dema ku wêne paşê têne kêmkirin, aliasing-a xuya kêm dike.
Mînak: Di mîkroskopiyê de, kamerayek sCMOS-a bi çareseriya bilind dikare avahiyên şaneyan zêde nimûne bike da ku algorîtmayên hesabkerî bikaribin hûrguliyên hûr ji sînorê difraksiyonê derxin.
Têgihîştinên şaş ên hevpar
1. Megapîkselên zêdetir her tim tê wateya wêneyên tûjtir.
Ne rast e. Tûjbûn hem bi hêza çareseriyê ya lensê û hem jî bi wê ve girêdayî ye ka sensor nimûneyan bi rêkûpêk digire an na.
٢、Her lenseke baş bi her sensoreke çareseriya bilind re baş dixebite.
Lihevhatina nebaş di navbera çareseriya lensê û pitchêla pîkselê de dê performansê sînordar bike.
٣、Nimûnegirtina Nyquist tenê di pêvajoya sînyalê de girîng e, ne di wênekirinê de.
Berevajî vê, wênekêşiya dîjîtal di bingeh de pêvajoyek nimûnegirtinê ye, û Nyquist li vir bi qasî di deng an ragihandinê de têkildar e.
Xelasî
Nimûnegirtina Nyquist ji abstraksiyonek matematîkî bêtir e - ew prensîbek e ku misoger dike ku çareseriya optîkî û dîjîtal bi hev re dixebitin. Bi hevrêzkirina hêza çareseriyê ya lensan bi kapasîteyên nimûnegirtinê yên sensoran re, pergalên wênekirinê bêyî artefakt an jî kapasîteya windabûyî zelaliya herî zêde bi dest dixin.
Ji bo pisporên di warên cihêreng ên wekî mîkroskopî, astronomî, wênekêşî û dîtina makîneyê de, têgihîştina nimûnegirtina Nyquist ji bo sêwirandin an hilbijartina pergalên wênekirinê yên ku encamên pêbawer peyda dikin girîng e. Di dawiyê de, kalîteya wêneyê ne ji pêşxistina taybetmendiyek heta radeyekê tê, lê ji bidestxistina hevsengiyê tê.
Pirsên Pir tên Pirsîn
Ger nimûnegirtina Nyquist di kamerayekê de ne têrker be çi dibe?
Dema rêjeya nimûnegirtinê dadikeve bin sînorê Nyquist, sensor nikare hûrguliyên hûr bi awayekî rast nîşan bide. Ev dibe sedema aliasingê, ku wekî qiraxên tûj, şêweyên moiré, an teksturên derewîn xuya dike ku di dîmena rastîn de tune ne.
Mezinahiya pîkselan çawa bandorê li nimûnegirtina Nyquist dike?
Pîkselên biçûktir frekansa Nyquist zêde dikin, ev tê vê wateyê ku sensor dikare bi teorîkî hûrguliyên hûrtir çareser bike. Lê heke lens nikaribe wê astê çareseriyê peyda bike, pîkselên zêde nirxek hindik zêde dikin û dibe ku deng zêde bikin.
Ma nimûnegirtina Nyquist ji bo senzorên monokrom û reng cuda ye?
Belê. Di sensorek monokrom de, her pîksel rasterast ji ronîkirinê nimûne digire, ji ber vê yekê frekansa Nyquist a bi bandor bi bilindahiya pîkselê re li hev dike. Di sensorek rengîn de bi fîlterek Bayer, her kanalek rengîn kêm nimûne tê girtin, ji ber vê yekê çareseriya bi bandor piştî demosaickirinê hinekî kêmtir e.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Hemû maf parastî ne. Dema îqtibaskirinê, ji kerema xwe çavkaniyê destnîşan bikin:www.tucsen.com
