ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງຕົວຢ່າງ Nyquist: ການດຸ່ນດ່ຽງ Optical ແລະຄວາມລະອຽດກ້ອງຖ່າຍຮູບ |

ໃນການຖ່າຍຮູບດິຈິຕອນ, ມັນງ່າຍທີ່ຈະສົມມຸດວ່າຄວາມລະອຽດສູງກວ່າອັດຕະໂນມັດຫມາຍຄວາມວ່າຮູບພາບທີ່ດີກວ່າ. ຜູ້ຜະລິດກ້ອງຖ່າຍຮູບມັກຈະຕະຫຼາດລະບົບໂດຍອີງໃສ່ການນັບ megapixel, ໃນຂະນະທີ່ຜູ້ຜະລິດເລນເນັ້ນການແກ້ໄຂພະລັງງານແລະຄວາມຄົມຊັດ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ໃນທາງປະຕິບັດ, ຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບບໍ່ພຽງແຕ່ຂຶ້ນກັບຄວາມສະເພາະຂອງເລນຫຼືເຊັນເຊີສ່ວນບຸກຄົນເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງກ່ຽວກັບວ່າພວກມັນຖືກຈັບຄູ່ກັນແນວໃດ.

ນີ້ແມ່ນບ່ອນທີ່ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ເຂົ້າມາຫຼິ້ນ. ໃນເບື້ອງຕົ້ນແມ່ນຫຼັກການຈາກການປະມວນຜົນສັນຍານ, ເງື່ອນໄຂຂອງ Nyquist ກໍານົດກອບທິດສະດີສໍາລັບການຈັບລາຍລະອຽດຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ໃນການຖ່າຍຮູບ, ມັນຮັບປະກັນວ່າຄວາມລະອຽດທາງ optical ທີ່ສົ່ງໂດຍເລນແລະຄວາມລະອຽດດິຈິຕອນຂອງເຊັນເຊີຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບເຮັດວຽກຮ່ວມກັນຢ່າງກົມກຽວ.

ບົດຄວາມນີ້ໄດ້ຍົກເລີກການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ໃນສະພາບການຂອງຮູບພາບ, ອະທິບາຍຄວາມສົມດູນລະຫວ່າງ optical ແລະຄວາມລະອຽດຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບ, ແລະໃຫ້ຄໍາແນະນໍາປະຕິບັດສໍາລັບການນໍາໃຊ້ນັບຕັ້ງແຕ່ການຖ່າຍຮູບກັບຮູບພາບວິທະຍາສາດ.

ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ແມ່ນຫຍັງ?

ຮູບທີ 1: ທິດສະດີບົດຕົວຢ່າງຂອງ Nyquist

ເທິງ:ສັນຍານ sinusoidal (cyan) ຖືກວັດແທກ, ຫຼືຕົວຢ່າງ, ໃນຫຼາຍຈຸດ. ເສັ້ນເສັ້ນຂີດຍາວສີຂີ້ເຖົ່າເປັນຕົວແທນ 1 ການວັດແທກຕໍ່ວົງຈອນຂອງສັນຍານ sinusoidal, ຈັບພຽງແຕ່ຈຸດສູງສຸດຂອງສັນຍານ, ຢ່າງສົມບູນເຊື່ອງລັກສະນະທີ່ແທ້ຈິງຂອງສັນຍານ. ເສັ້ນໂຄ້ງສີແດງລະອຽດຈັບໄດ້ຢູ່ທີ່ 1.1 ການວັດແທກຕໍ່ຕົວຢ່າງ, ເປີດເຜີຍໃຫ້ເຫັນ sinusoid ແຕ່ບິດເບືອນຄວາມຖີ່ຂອງມັນ. ນີ້ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບຮູບແບບMoiré.

ລຸ່ມ:ພຽງແຕ່ເມື່ອ 2 ຕົວຢ່າງຖືກປະຕິບັດຕໍ່ວົງຈອນ (ເສັ້ນຈຸດສີມ່ວງ) ລັກສະນະທີ່ແທ້ຈິງຂອງສັນຍານເລີ່ມຕົ້ນທີ່ຈະຈັບໄດ້.

ທິດສະດີບົດຕົວຢ່າງ Nyquist ແມ່ນຫຼັກການທົ່ວໄປໃນທົ່ວການປະມວນຜົນສັນຍານໃນເອເລັກໂຕຣນິກ, ການປະມວນຜົນສຽງ, ການຖ່າຍຮູບແລະຂົງເຂດອື່ນໆ. ທິດສະດີບົດເຮັດໃຫ້ຊັດເຈນວ່າເພື່ອສ້າງຄວາມຖີ່ຂອງສັນຍານຄືນໃຫມ່, ການວັດແທກຈະຕ້ອງໄດ້ເຮັດຢ່າງຫນ້ອຍສອງເທື່ອຄວາມຖີ່ດັ່ງກ່າວ, ສະແດງໃນຮູບທີ 1. ໃນກໍລະນີຂອງຄວາມລະອຽດ optical ຂອງພວກເຮົາ, ນີ້ຫມາຍຄວາມວ່າຂະຫນາດ pixels ລວງຂອງພື້ນທີ່ວັດຖຸຂອງພວກເຮົາຈະຕ້ອງຢູ່ໃນເກືອບເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງລາຍລະອຽດທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດທີ່ພວກເຮົາພະຍາຍາມເກັບກໍາ, ຫຼື, ໃນກໍລະນີຂອງກ້ອງຈຸລະທັດ, ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງຄວາມລະອຽດຂອງກ້ອງຈຸລະທັດ.

ຮູບທີ 2: ການເກັບຕົວຢ່າງແບບ Nyquist ທີ່ມີສີ່ຫຼ່ຽມ pixels: ທິດທາງເປັນເລື່ອງສຳຄັນ

ການນໍາໃຊ້ກ້ອງຖ່າຍຮູບທີ່ມີຕາຂ່າຍໄຟຟ້າຂອງ pixels ສີ່ຫລ່ຽມ, ປັດໄຈການເກັບຕົວຢ່າງ 2x ຂອງທິດສະດີ Nyquist ຈະພຽງແຕ່ເກັບກໍາລາຍລະອຽດທີ່ສອດຄ່ອງຢ່າງສົມບູນກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ pixels ລວງ. ຖ້າຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຈະແກ້ໄຂໂຄງສ້າງໃນມຸມກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ pixels ລວງ, ຂະຫນາດ pixels ລວງປະສິດທິພາບແມ່ນຂະຫນາດໃຫຍ່, ເຖິງ √2 ເທົ່າຂະຫນາດໃຫຍ່ຢູ່ໃນເສັ້ນຂວາງ. ດັ່ງນັ້ນອັດຕາການເກັບຕົວຢ່າງຕ້ອງເປັນ 2√2 ເທົ່າຂອງຄວາມຖີ່ພື້ນທີ່ທີ່ຕ້ອງການເພື່ອບັນທຶກລາຍລະອຽດຢູ່ທີ່ 45o ໄປຫາຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ pixels.

ເຫດຜົນສໍາລັບການນີ້ແມ່ນເຫັນໄດ້ຊັດເຈນໂດຍການພິຈາລະນາຮູບ 2 (ເຄິ່ງເທິງ). ຈິນຕະນາການວ່າຂະຫນາດ pixels ລວງໄດ້ຖືກກໍານົດເປັນຄວາມລະອຽດ optical, ໃຫ້ຈຸດສູງສຸດຂອງສອງແຫຼ່ງທີ່ໃກ້ຄຽງ, ຫຼືລາຍລະອຽດໃດໆທີ່ພວກເຮົາກໍາລັງພະຍາຍາມແກ້ໄຂ, ແຕ່ລະ pixels ຂອງຕົນເອງ. ເຖິງແມ່ນວ່າສິ່ງເຫຼົ່ານີ້ໄດ້ຖືກກວດພົບແຍກຕ່າງຫາກ, ບໍ່ມີຕົວຊີ້ບອກໃດໆໃນການວັດແທກຜົນໄດ້ຮັບວ່າພວກມັນເປັນສອງຈຸດສູງສຸດທີ່ແຍກຕ່າງຫາກ - ແລະອີກເທື່ອຫນຶ່ງຄໍານິຍາມຂອງພວກເຮົາຂອງ "ການແກ້ໄຂ" ແມ່ນບໍ່ບັນລຸໄດ້. ຈໍາເປັນຕ້ອງມີ pixels ລວງລະຫວ່າງ, ຈັບ trough ຂອງສັນຍານ. ນີ້ແມ່ນບັນລຸໄດ້ໂດຍຜ່ານການຢ່າງຫນ້ອຍສອງເທົ່າອັດຕາການເກັບຕົວຢ່າງທາງກວ້າງຂອງພື້ນ, ie ເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງຂະຫນາດ pixels ລວງຂອງວັດຖຸ.

ຄວາມລະອຽດກ້ອງທຽບກັບຄວາມລະອຽດກ້ອງ

ເພື່ອເຂົ້າໃຈວິທີການຕົວຢ່າງ Nyquist ເຮັດວຽກໃນການຖ່າຍຮູບ, ພວກເຮົາຈໍາເປັນຕ້ອງຈໍາແນກລະຫວ່າງສອງປະເພດຂອງການແກ້ໄຂ:

● ຄວາມລະອຽດທາງແສງ: ກຳນົດໂດຍເລນ, ຄວາມລະອຽດແສງໝາຍເຖິງຄວາມສາມາດໃນການສ້າງລາຍລະອຽດອັນລະອຽດຂອງມັນ. ປັດໄຈຕ່າງໆເຊັ່ນ: ຄຸນນະພາບເລນ, ຮູຮັບແສງ, ແລະການບິດເບືອນກໍານົດຂອບເຂດນີ້. ຟັງຊັນການຖ່າຍໂອນໂມດູນ (MTF) ມັກຈະຖືກໃຊ້ເພື່ອວັດແທກວ່າເລນສົ່ງຄວາມຄົມຊັດຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ທາງກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນຫຼາຍປານໃດ.

● ຄວາມລະອຽດຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບ: ກໍານົດໂດຍເຊັນເຊີ, ຄວາມລະອຽດກ້ອງຖ່າຍຮູບຂຶ້ນກັບຂະຫນາດ pixels ລວງ, pitch pixels ລວງ, ແລະຂະຫນາດເຊັນເຊີໂດຍລວມ. pitch pixels ຂອງ aກ້ອງ CMOSໂດຍກົງກໍານົດຄວາມຖີ່ Nyquist ຂອງມັນ, ເຊິ່ງກໍານົດລາຍລະອຽດສູງສຸດທີ່ເຊັນເຊີສາມາດຈັບໄດ້.

ເມື່ອທັງສອງນີ້ບໍ່ສອດຄ່ອງ, ບັນຫາກໍ່ເກີດຂື້ນ. ເລນທີ່ເກີນກໍາລັງການແກ້ໄຂຂອງເຊັນເຊີແມ່ນ "ເສຍ", ເພາະວ່າເຊັນເຊີບໍ່ສາມາດເກັບກໍາລາຍລະອຽດທັງຫມົດ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເຊັນເຊີຄວາມລະອຽດສູງທີ່ຈັບຄູ່ກັບເລນທີ່ມີຄຸນນະພາບຕ່ໍາເຮັດໃຫ້ຮູບພາບທີ່ບໍ່ປັບປຸງເຖິງວ່າຈະມີ megapixels ຫຼາຍ.

ວິທີການດຸ່ນດ່ຽງຄວາມລະອຽດທາງ Optical ແລະກ້ອງຖ່າຍຮູບ

ການດຸ່ນດ່ຽງ optics ແລະເຊັນເຊີຫມາຍເຖິງການຈັບຄູ່ຄວາມຖີ່ Nyquist ຂອງເຊັນເຊີກັບຄວາມຖີ່ຂອງການຕັດ optical ຂອງເລນ.

● ຄວາມຖີ່ Nyquist ຂອງເຊັນເຊີກ້ອງຖ່າຍຮູບຖືກຄິດໄລ່ເປັນ 1 / (2 × pixel pitch). ນີ້ກໍານົດຄວາມຖີ່ທາງກວ້າງຂອງພື້ນທີ່ສູງທີ່ສຸດທີ່ເຊັນເຊີສາມາດເອົາຕົວຢ່າງໂດຍບໍ່ມີການ aliasing.
● ຄວາມຖີ່ຂອງການຕັດ optical ຂຶ້ນກັບຄຸນລັກສະນະຂອງເລນແລະການບິດເບືອນ.

ສໍາລັບຜົນໄດ້ຮັບທີ່ດີທີ່ສຸດ, ຄວາມຖີ່ Nyquist ຂອງເຊັນເຊີຄວນສອດຄ່ອງກັບຫຼືເກີນຄວາມສາມາດແກ້ໄຂຂອງເລນເລັກນ້ອຍ. ໃນທາງປະຕິບັດ, ກົດລະບຽບທີ່ດີແມ່ນເພື່ອຮັບປະກັນວ່າ pixel pitch ແມ່ນປະມານເຄິ່ງຫນຶ່ງຂອງຂະຫນາດຄຸນສົມບັດທີ່ສາມາດແກ້ໄຂໄດ້ນ້ອຍທີ່ສຸດຂອງເລນ.

ຕົວຢ່າງ, ຖ້າເລນສາມາດແກ້ໄຂລາຍລະອຽດລົງໄດ້ເຖິງ 4 ໄມໂຄແມັດ, ເຊັນເຊີທີ່ມີຂະຫນາດ pixels ຂອງ ~ 2 micrometers ຈະດຸ່ນດ່ຽງລະບົບໄດ້ດີ.

ການຈັບຄູ່ Nyquist ກັບຄວາມລະອຽດກ້ອງຖ່າຍຮູບ & ສິ່ງທ້າທາຍຂອງ Square Pixels

ການຄ້າກັບການຫຼຸດລົງຂອງຂະຫນາດ pixels ລວງພື້ນທີ່ວັດຖຸແມ່ນຫຼຸດລົງຄວາມສາມາດໃນການເກັບກໍາແສງສະຫວ່າງ. ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງມີຄວາມສໍາຄັນໃນການດຸ່ນດ່ຽງຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບການແກ້ໄຂແລະການລວບລວມແສງສະຫວ່າງ. ນອກຈາກນັ້ນ, ຂະຫນາດ pixels ພື້ນທີ່ຂອງວັດຖຸທີ່ໃຫຍ່ກວ່າມີແນວໂນ້ມທີ່ຈະສະແດງພື້ນທີ່ຂະຫນາດໃຫຍ່ຂອງທັດສະນະຂອງຫົວຂໍ້ຮູບພາບ. ສໍາລັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ມີຄວາມຕ້ອງການສໍາລັບການປັບລະອຽດບາງ, 'ກົດລະບຽບຂອງ thumb' ດຸ່ນດ່ຽງທີ່ດີທີ່ສຸດແມ່ນໄດ້ຖືກກ່າວເຖິງດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້: ຂະຫນາດ pixels ລວງຂອງວັດຖຸ, ເມື່ອຄູນດ້ວຍປັດໃຈຈໍານວນຫນຶ່ງເພື່ອບັນຊີຂອງ Nyquist, ຄວນເທົ່າກັບຄວາມລະອຽດ optical. ປະລິມານນີ້ເອີ້ນວ່າຄວາມລະອຽດກ້ອງຖ່າຍຮູບ.

ການດຸ່ນດ່ຽງ optics ແລະເຊັນເຊີມັກຈະລົງມາເພື່ອໃຫ້ແນ່ໃຈວ່າຄວາມລະອຽດການເກັບຕົວຢ່າງທີ່ມີປະສິດທິພາບຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບກົງກັບຂອບເຂດຈໍາກັດຄວາມລະອຽດຂອງເລນ. ລະບົບຖືກກ່າວວ່າ "ກົງກັບ Nyquist" ເມື່ອ:

ຄວາມລະອຽດກ້ອງຖ່າຍຮູບ = ຄວາມລະອຽດທາງ Optical

ບ່ອນທີ່ຄວາມລະອຽດຂອງກ້ອງຖ່າຍຮູບແມ່ນໃຫ້ໂດຍ:

ປັດໄຈທີ່ຈະບັນຊີສໍາລັບ Nyquist ທີ່ມັກຈະແນະນໍາແມ່ນ 2.3, ບໍ່ແມ່ນ 2. ເຫດຜົນສໍາລັບການນີ້ແມ່ນດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້.

pixels ກ້ອງຖ່າຍຮູບແມ່ນ (ປົກກະຕິ) ສີ່ຫຼ່ຽມ, ແລະຈັດລຽງຢູ່ໃນຕາຂ່າຍໄຟຟ້າ 2-D. ຂະຫນາດ pixels ລວງທີ່ກໍານົດສໍາລັບການນໍາໃຊ້ໃນສົມຜົນກົງກັນຂ້າມເປັນຕົວແທນຂອງຄວາມກວ້າງຂອງ pixels ລວງຕາມແກນຂອງຕາຂ່າຍໄຟຟ້ານີ້. ຖ້າລັກສະນະທີ່ພວກເຮົາພະຍາຍາມແກ້ໄຂການຂີ້ຕົວະຢູ່ໃນມຸມໃດ, ຍົກເວັ້ນຄວາມຫຼາກຫຼາຍທີ່ສົມບູນແບບຂອງ 90° ທຽບກັບຕາຂ່າຍໄຟຟ້ານີ້, ຂະຫນາດ pixels ລວງທີ່ມີປະສິດທິພາບຈະໃຫຍ່ກວ່າ, ເຖິງ √2 ≈ 1.41 ເທົ່າຂອງຂະຫນາດ pixels ລວງຢູ່ທີ່ 45°. ນີ້ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2 (ເຄິ່ງລຸ່ມ).

ປັດໄຈທີ່ແນະນໍາຕາມເງື່ອນໄຂ Nyquist ໃນທຸກທິດທາງຈະເປັນ 2√2 ≈ 2.82. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເນື່ອງຈາກການຄ້າຂາຍທີ່ໄດ້ກ່າວມາກ່ອນຫນ້ານີ້ລະຫວ່າງການແກ້ໄຂແລະການລວບລວມແສງສະຫວ່າງ, ມູນຄ່າການປະນີປະນອມຂອງ 2.3 ແມ່ນແນະນໍາໃຫ້ເປັນກົດລະບຽບ.

ບົດບາດຂອງການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ໃນການຖ່າຍຮູບ

ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ແມ່ນຜູ້ຮັກສາປະຕູຂອງຄວາມຊື່ສັດຂອງຮູບພາບ. ເມື່ອອັດຕາການເກັບຕົວຢ່າງຕໍ່າກວ່າຂອບເຂດຈໍາກັດ Nyquist:

● undersampling → ເຮັດໃຫ້ເກີດນາມແຝງ: ລາຍລະອຽດທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງ, ຂອບເປັນຫຍາບ, ຫຼືຮູບແບບmoiré.

● Oversampling → ເກັບກໍາຂໍ້ມູນຫຼາຍກວ່າ optics ສາມາດສົ່ງໄດ້, ນໍາໄປສູ່ການຫຼຸດລົງຂອງຜົນຕອບແທນ: ໄຟລ໌ຂະຫນາດໃຫຍ່ແລະຄວາມຕ້ອງການປະມວນຜົນທີ່ສູງຂຶ້ນໂດຍບໍ່ມີການປັບປຸງທີ່ເຫັນໄດ້ຊັດເຈນ.

ການເກັບຕົວຢ່າງທີ່ຖືກຕ້ອງຮັບປະກັນວ່າຮູບພາບຕ່າງໆແມ່ນມີຄວາມຄົມຊັດແລະຖືກຕ້ອງກັບຄວາມເປັນຈິງ. ມັນສະຫນອງຄວາມສົມດູນລະຫວ່າງການປ້ອນຂໍ້ມູນ optical ແລະການຈັບພາບດິຈິຕອນ, ຫຼີກເວັ້ນການແກ້ໄຂທີ່ເສຍໄປໃນດ້ານຫນຶ່ງຫຼືສິ່ງປອມທີ່ເຂົ້າໃຈຜິດໃນອີກດ້ານຫນຶ່ງ.

ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກພາກປະຕິບັດ

ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ບໍ່ພຽງແຕ່ທິດສະດີເທົ່ານັ້ນ - ມັນມີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ສໍາຄັນໃນທົ່ວວິຊາຮູບພາບ:

● ກ້ອງຈຸລະທັດ:ນັກຄົ້ນຄວ້າຕ້ອງເລືອກເຊັນເຊີທີ່ຕົວຢ່າງຢ່າງຫນ້ອຍສອງເທົ່າຂອງລາຍລະອຽດທີ່ນ້ອຍທີ່ສຸດທີ່ສາມາດແກ້ໄຂໄດ້ໂດຍທັດສະນະຈຸດປະສົງ. ການເລືອກທີ່ຖືກຕ້ອງກ້ອງຈຸລະທັດແມ່ນສໍາຄັນ, ເນື່ອງຈາກວ່າຂະຫນາດ pixels ລວງຕ້ອງສອດຄ່ອງກັບຄວາມລະອຽດການບິດເບືອນຈໍາກັດຂອງຈຸດປະສົງກ້ອງຈຸລະທັດ. ຫ້ອງທົດລອງທີ່ທັນສະໄຫມມັກຈະມັກກ້ອງ sCMOS, ເຊິ່ງສະຫນອງຄວາມສົມດູນຂອງຄວາມອ່ອນໄຫວ, ຊ່ວງໄດນາມິກ, ແລະໂຄງສ້າງ pixels ລວງທີ່ດີສໍາລັບການຮູບພາບຊີວະພາບປະສິດທິພາບສູງ.

● ການຖ່າຍຮູບ:ການຈັບຄູ່ເຊັນເຊີຄວາມສູງລ້ານພິກເຊລກັບເລນທີ່ບໍ່ສາມາດແກ້ໄຂລາຍລະອຽດທີ່ລະອຽດເທົ່າທຽມກັນມັກຈະເຮັດໃຫ້ມີການປັບປຸງຄວາມຄົມຊັດເລັກນ້ອຍ. ຊ່າງພາບມືອາຊີບດຸ່ນດ່ຽງເລນ ແລະກ້ອງຖ່າຍຮູບເພື່ອຫຼີກເວັ້ນການເສຍຄວາມລະອຽດ.

● ວິໄສທັດເຄື່ອງຈັກ &ກ້ອງຖ່າຍຮູບວິທະຍາສາດໃນການຄວບຄຸມຄຸນນະພາບແລະການກວດກາອຸດສາຫະກໍາ, ລັກສະນະຂະຫນາດນ້ອຍທີ່ຂາດຫາຍໄປເນື່ອງຈາກການເກັບຕົວຢ່າງຫນ້ອຍອາດຈະຫມາຍຄວາມວ່າພາກສ່ວນທີ່ບົກພ່ອງບໍ່ສາມາດກວດພົບໄດ້. Oversampling ອາດຈະຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍເຈດຕະນາສໍາລັບການຊູມດິຈິຕອນຫຼືການປັບປຸງການປະມວນຜົນ.

ເມື່ອໃດທີ່ຈະຈັບຄູ່ Nyquist: Oversampling ແລະ Undersampling

ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ເປັນຕົວແທນຂອງຄວາມສົມດູນທີ່ເຫມາະສົມ, ແຕ່ໃນທາງປະຕິບັດ, ລະບົບການຖ່າຍຮູບອາດຈະຕັ້ງໃຈ oversample ຫຼື undersample ຂຶ້ນກັບຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ.

Undersampling ແມ່ນຫຍັງ

ໃນກໍລະນີຂອງຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ຄວາມອ່ອນໄຫວມີຄວາມສໍາຄັນຫຼາຍກ່ວາການແກ້ໄຂລາຍລະອຽດເລັກນ້ອຍທີ່ສຸດ, ການນໍາໃຊ້ຂະຫນາດ pixels ລວງຂອງວັດຖຸທີ່ໃຫຍ່ກວ່າຄວາມຕ້ອງການຂອງ Nyquist ສາມາດນໍາໄປສູ່ຄວາມໄດ້ປຽບຂອງການເກັບກໍາແສງສະຫວ່າງຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ອັນນີ້ເອີ້ນວ່າ undersampling.

ນີ້ເປັນການເສຍສະລະລາຍລະອຽດທີ່ດີ, ແຕ່ສາມາດເປັນປະໂຫຍດເມື່ອ:

● ຄວາມອ່ອນໄຫວເປັນເລື່ອງສຳຄັນ: ພິກເຊວທີ່ໃຫຍ່ກວ່າຈະເກັບເອົາແສງໄດ້ຫຼາຍຂຶ້ນ, ປັບປຸງອັດຕາສ່ວນສັນຍານຫາສຽງລົບກວນໃນການຖ່າຍຮູບທີ່ມີແສງໜ້ອຍ.
● ຄວາມໄວເປັນເລື່ອງທີ່ສຳຄັນ: pixels ໜ້ອຍລົງຫຼຸດເວລາອ່ານ, ເຮັດໃຫ້ການໄດ້ມາໄວຂຶ້ນ.
● ຕ້ອງການປະສິດທິພາບຂໍ້ມູນ: ຂະໜາດໄຟລ໌ທີ່ນ້ອຍກວ່າແມ່ນເປັນທີ່ນິຍົມໃນລະບົບຈຳກັດແບນວິດ.

ຕົວຢ່າງ: ໃນການຖ່າຍພາບດ້ວຍທາດການຊຽມ ຫຼືແຮງດັນ, ສັນຍານມັກຈະຖືກຄິດໄລ່ໂດຍສະເລ່ຍໃນພາກພື້ນທີ່ມີຄວາມສົນໃຈ, ດັ່ງນັ້ນການເກັບຕົວຢ່າງແບບບໍ່ເກີນຈະປັບປຸງການເກັບແສງໄດ້ໂດຍບໍ່ເຮັດໃຫ້ຜົນທາງວິທະຍາສາດຫຼຸດລົງ.

Oversampling ແມ່ນຫຍັງ

ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຈໍານວນຫຼາຍສໍາລັບການແກ້ໄຂບັນຫາລະອຽດແມ່ນສໍາຄັນ, ຫຼືຄໍາຮ້ອງສະຫມັກທີ່ນໍາໃຊ້ວິທີການການວິເຄາະຫຼັງການຊື້ເພື່ອຟື້ນຕົວຂໍ້ມູນເພີ່ມເຕີມເກີນຂອບເຂດຈໍາກັດ, ຕ້ອງການ pixels ຂະຫນາດນ້ອຍກວ່າຄວາມຕ້ອງການຂອງ Nyquist, ເອີ້ນວ່າ oversampling.

ໃນຂະນະທີ່ນີ້ບໍ່ໄດ້ເພີ່ມຄວາມລະອຽດຂອງ optical ທີ່ແທ້ຈິງ, ມັນສາມາດສະຫນອງຂໍ້ໄດ້ປຽບ:

● ເປີດໃຊ້ການຊູມແບບດິຈິຕອລໂດຍການສູນເສຍຄຸນນະພາບໜ້ອຍລົງ.
● ປັບປຸງການປຸງແຕ່ງຫຼັງການປະມວນຜົນ (ເຊັ່ນ: ການແຍກຕົວອອກ, ການປະຕິເສດ, ຄວາມລະອຽດສູງສຸດ).
● ຫຼຸດຜ່ອນການສ້າງນາມແຝງທີ່ເບິ່ງເຫັນໄດ້ເມື່ອຮູບພາບຖືກຫຍໍ້ລົງໃນພາຍຫຼັງ.

ຕົວຢ່າງ: ໃນກ້ອງຈຸລະທັດ, ກ້ອງຖ່າຍຮູບ sCMOS ຄວາມລະອຽດສູງອາດຈະເກັບຕົວຢ່າງໂຄງສ້າງຂອງເຊວລູລາໄດ້ເພື່ອໃຫ້ລະບົບການຄິດໄລ່ສາມາດສະກັດລາຍລະອຽດທີ່ລະອຽດເກີນຂອບເຂດຈໍາກັດການບິດເບືອນ.

ຄວາມເຂົ້າໃຈຜິດທົ່ວໄປ

1, megapixels ຫຼາຍສະເຫມີຫມາຍຄວາມວ່າຮູບພາບ sharper.
ບໍ່ແມ່ນຄວາມຈິງ. ຄວາມຄົມຊັດແມ່ນຂຶ້ນກັບທັງພະລັງງານການແກ້ໄຂຂອງເລນ ແລະວ່າເຊັນເຊີເກັບຕົວຢ່າງເໝາະສົມຫຼືບໍ່.

2, ທັດສະນະທີ່ດີເຮັດວຽກໄດ້ດີກັບເຊັນເຊີຄວາມລະອຽດສູງໃດຫນຶ່ງ.
ການຈັບຄູ່ທີ່ບໍ່ດີລະຫວ່າງຄວາມລະອຽດຂອງເລນ ແລະລະດັບຄວາມສູງຂອງ pixels ລວງຈະຈໍາກັດປະສິດທິພາບ.

3, ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງພຽງແຕ່ໃນການປະມວນຜົນສັນຍານ, ບໍ່ແມ່ນການຖ່າຍຮູບ.
ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ການຖ່າຍຮູບດິຈິຕອນແມ່ນພື້ນຖານຂະບວນການເກັບຕົວຢ່າງ, ແລະ Nyquist ມີຄວາມກ່ຽວຂ້ອງຢູ່ທີ່ນີ້ເຊັ່ນໃນສຽງຫຼືການສື່ສານ.

ສະຫຼຸບ

ການເກັບຕົວຢ່າງຂອງ Nyquist ແມ່ນຫຼາຍກ່ວາ abstraction ທາງຄະນິດສາດ - ມັນແມ່ນຫຼັກການທີ່ຮັບປະກັນການແກ້ໄຂ optical ແລະດິຈິຕອນເຮັດວຽກຮ່ວມກັນ. ໂດຍການຈັດລຽງພະລັງງານການແກ້ໄຂຂອງເລນກັບຄວາມສາມາດໃນການເກັບຕົວຢ່າງຂອງເຊັນເຊີ, ລະບົບການຖ່າຍຮູບບັນລຸຄວາມຊັດເຈນສູງສຸດໂດຍບໍ່ມີສິ່ງປະດິດຫຼືຄວາມອາດສາມາດສູນເສຍ.

ສໍາລັບຜູ້ຊ່ຽວຊານໃນສາຂາຕ່າງໆທີ່ມີຄວາມຫຼາກຫຼາຍເຊັ່ນ: ກ້ອງຈຸລະທັດ, ດາລາສາດ, ການຖ່າຍຮູບ, ແລະວິໄສທັດຂອງເຄື່ອງຈັກ, ຄວາມເຂົ້າໃຈຂອງຕົວຢ່າງ Nyquist ແມ່ນກຸນແຈສໍາຄັນໃນການອອກແບບຫຼືເລືອກລະບົບການຖ່າຍຮູບທີ່ໃຫ້ຜົນໄດ້ຮັບທີ່ຫນ້າເຊື່ອຖື. ໃນທີ່ສຸດ, ຄຸນນະພາບຂອງຮູບພາບບໍ່ໄດ້ມາຈາກການຊຸກຍູ້ໃຫ້ສະເພາະສະເພາະອັນໃດອັນໜຶ່ງ, ແຕ່ເປັນການບັນລຸຄວາມສົມດຸນ.

FAQs

ຈະເກີດຫຍັງຂຶ້ນຖ້າການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ບໍ່ພໍໃຈໃນກ້ອງຖ່າຍຮູບ?
ເມື່ອອັດຕາການເກັບຕົວຢ່າງຕໍ່າກວ່າຂອບເຂດຈໍາກັດຂອງ Nyquist, ເຊັນເຊີບໍ່ສາມາດສະແດງລາຍລະອຽດໄດ້ດີຢ່າງຖືກຕ້ອງ. ອັນນີ້ສົ່ງຜົນໃຫ້ເກີດການໃສ່ນາມແຝງ, ເຊິ່ງປະກົດເປັນຮູບຂອບຂະໜານ, ຮູບແບບຂອງມົວເຣ, ຫຼືໂຄງສ້າງທີ່ບໍ່ຖືກຕ້ອງທີ່ບໍ່ມີຢູ່ໃນສາກຕົວຈິງ.

ຂະຫນາດ pixels ລວງຜົນກະທົບຕໍ່ການເກັບຕົວຢ່າງ Nyquist ແນວໃດ?
pixels ຂະຫນາດນ້ອຍຈະເພີ່ມຄວາມຖີ່ Nyquist, ຊຶ່ງຫມາຍຄວາມວ່າເຊັນເຊີສາມາດແກ້ໄຂລາຍລະອຽດລະອຽດໄດ້ຕາມທິດສະດີ. ແຕ່ຖ້າເລນບໍ່ສາມາດສົ່ງຄວາມລະອຽດລະດັບນັ້ນໄດ້, pixels ເພີ່ມເຕີມຈະເພີ່ມມູນຄ່າເລັກນ້ອຍແລະອາດຈະເພີ່ມສຽງລົບກວນ.

ການເກັບຕົວຢ່າງຂອງ Nyquist ແຕກຕ່າງກັນສໍາລັບເຊັນເຊີ monochrome ທຽບກັບສີບໍ?
ແມ່ນແລ້ວ. ໃນເຊັນເຊີ monochrome, ທຸກໆ pixels ຕົວຢ່າງ luminance ໂດຍກົງ, ດັ່ງນັ້ນຄວາມຖີ່ Nyquist ທີ່ມີປະສິດທິພາບກົງກັບ pixel pitch. ໃນເຊັນເຊີສີທີ່ມີການກັ່ນຕອງ Bayer, ແຕ່ລະຊ່ອງສີແມ່ນ undersampled, ສະນັ້ນການແກ້ໄຂປະສິດທິພາບຫຼັງຈາກ demosaicing ແມ່ນຕ່ໍາເລັກນ້ອຍ.