25/09/04Amin'ny sary nomerika, mora ny mihevitra fa ny fanapahan-kevitra ambony dia midika ho sary tsara kokoa. Matetika ny mpanamboatra fakan-tsary dia mivarotra rafitra mifototra amin'ny isa megapixel, fa ny mpanamboatra lens kosa dia manasongadina ny famahana ny hery sy ny hakingan-tsaina. Na izany aza, amin'ny fampiharana, ny kalitaon'ny sary dia tsy miankina amin'ny mari-pamantarana ny family na ny sensor tsirairay, fa amin'ny fomba mifanaraka tsara amin'izy ireo ihany koa.
Eto no miditra ny santionan'ny Nyquist. Tany am-boalohany dia fitsipika avy amin'ny fanodinana famantarana, ny criterion Nyquist dia mametraka ny rafitra ara-teorika amin'ny fakana antsipirihan'ny marina. Amin'ny fakana sary, dia miantoka fa ny famahana optique aterin'ny family sy ny famaha nomerika an'ny sensor-n'ny fakantsary dia miara-miasa tsara.
Ity lahatsoratra ity dia mamoaka ny santionan'i Nyquist amin'ny tontolon'ny sary, manazava ny fifandanjana eo amin'ny famahana ny fakan-tsary sy ny fakan-tsary, ary manome torolàlana azo ampiharina amin'ny fampiharana manomboka amin'ny sary ka hatramin'ny sary siantifika.
Inona no atao hoe Nyquist Sampling?
Sary 1: Theorem sampling Nyquist
ambony:Ny famantarana sinusoidal (cyan) dia refesina, na santionany, amin'ny teboka maromaro. Ny tsipika miloko volondavenona lava dia maneho fandrefesana 1 isaky ny tsingerin'ny mari-pamantarana sinusoidaly, tsy misy afa-tsy ny tampon'ny famantarana, manafina tanteraka ny tena toetran'ny famantarana. Ny fiolahana mena mipetaka tsara dia misambotra amin'ny fandrefesana 1.1 isaky ny santionany, mampiseho sinusoida nefa diso maneho ny fahitany. Izany dia mitovy amin'ny modely Moiré.
Ambany:Rehefa santionany 2 isaky ny tsingerina (tsipika misy teboka volomparasy) vao azo ny tena toetran'ilay famantarana.
Ny Theorem sampling Nyquist dia fitsipika mahazatra manerana ny fanodinana famantarana amin'ny elektronika, fanodinana feo, sary ary sehatra hafa. Ny theorem dia manazava mazava tsara fa mba hamerenana ny frequence nomena amin'ny famantarana, dia tsy maintsy atao ny fandrefesana, fara fahakeliny, avo roa heny noho izany matetika, aseho ao amin'ny sary 1. Raha ny momba ny famahana ny optique, dia midika izany fa ny haben'ny pixel space-ntsika dia tokony ho ny antsasaky ny antsipiriany kely indrindra ezahantsika alaina, na, amin'ny tranga mikraoskaopy, ny antsasaky ny famaha ny microscope.
Sary 2: Nyquist sampling miaraka amin'ny piksel efamira: zava-dehibe ny orientation
Amin'ny fampiasana fakantsary miaraka amin'ny rindran-tsarin'ny piksela efa-joro, ny fakan-tsarimihetsika 2x amin'ny teôrema Nyquist dia haka ireo antsipiriany mifanaraka tsara amin'ny grid piksel. Raha manandrana mamaha rafitra amin'ny zoro amin'ny grid pixel, ny haben'ny pixel mahomby dia lehibe kokoa, hatramin'ny √2 heny lehibe kokoa amin'ny diagonal. Noho izany, ny tahan'ny fakana santionany dia tokony ho avo 2√2 heny amin'ny fatran'ny spatial irina mba hahazoana antsipiriany amin'ny 45o mankany amin'ny grid pixel.
Ny anton'izany dia miharihary amin'ny fandinihana ny sary 2 (antsasany ambony). Alaivo sary an-tsaina ny haben'ny piksela dia napetraka amin'ny famahana optika, manome ny tampon'ireo loharano roa mifanakaiky, na izay antsipiriany ezahina hovahana, ny tsirairay amin'izy ireo. Na dia hita misaraka aza ireo avy eo, dia tsy misy famantarana amin'ny fandrefesana vokatra fa tampon'isa roa misaraka izy ireo – ary tsy tanteraka indray ny famaritanay ny "famahana". Ilaina ny pixel iray eo anelanelany, maka ny lakandranon'ny famantarana. Izany dia tratra amin'ny alàlan'ny fampitomboana farafahakeliny avo roa heny ny tahan'ny fakana santionany, izany hoe ny fampihenana ny haben'ny pixel habaka amin'ny antsasany.
Optical Resolution vs. Camera Resolution
Mba hahatakarana ny fomba fiasan'ny sampling Nyquist amin'ny sary, mila manavaka karazana famahana roa isika:
● Fanapahan-kevitra Optical: Voafaritry ny fakantsary, ny famahana ny optique dia manondro ny fahaizany mamerina ny antsipiriany tsara. Ny lafin-javatra toy ny kalitaon'ny family, ny aperture, ary ny diffraction dia mametraka io fetra io. Ny fiasan'ny famindrana modulation (MTF) dia matetika ampiasaina handrefesana ny fomba fampitana ny fifanoherana amin'ny fatran'ny habaka samihafa.
● Fakan'ny fakan-tsary: Voafaritry ny sensor, miankina amin'ny haben'ny piksel, ny haavon'ny piksel, ary ny haben'ny sensor amin'ny ankapobeny ny famaha ny fakan-tsary. Ny haavon'ny pixel amin'ny afakantsary CMOSmamaritra mivantana ny fatran'ny Nyquist, izay mamaritra ny antsipiriany ambony indrindra azon'ny sensor.
Rehefa tsy mifanaraka ireo roa ireo dia mipoitra ny olana. Ny family izay mihoatra ny herin'ny famahana ny sensor dia "very", satria ny sensor dia tsy afaka maka ny antsipiriany rehetra. Mifanohitra amin'izany, ny sensor avo lenta miaraka amin'ny fakantsary ambany kalitao dia miteraka sary tsy mihatsara na dia betsaka aza ny megapixels.
Ahoana ny fampifandanjana ny famaha Optical sy ny fakan-tsary
Ny fampifandanjana ny optika sy ny sensor dia midika fa mifanandrify ny fatran'ny Nyquist an'ny sensor amin'ny fatran'ny fanapahana optique amin'ny family.
● Ny fatran'ny Nyquist an'ny sensor fakantsary dia kajy ho 1 / (2 × pixel pitch). Izany dia mamaritra ny haavon'ny habakabaka avo indrindra azon'ny sensor atao santionany tsy misy aliasing.
● Miankina amin'ny toetran'ny family sy ny diffraction ny faharetan'ny fanapahana optique.
Ho an'ny vokatra tsara indrindra, ny fatran'ny Nyquist an'ny sensor dia tokony hifanaraka na mihoatra kely ny fahaizan'ny famahana ny family. Amin'ny fampiharana, ny fitsipika tsara dia ny miantoka ny haavon'ny piksela eo amin'ny antsasaky ny haben'ny endri-javatra kely indrindra azo vahana amin'ny family.
Ohatra, raha afaka mamaha ny pitsopitsony hatramin'ny 4 mikrometatra ny fakantsary iray, dia hampifandanja tsara ny rafitra ny sensor misy habe piksel ~ 2 micrometer.
Nyquist mifanandrify amin'ny fakan-tsary sy ny fanambin'ny Square Pixels
Ny fifanakalozam-bola miaraka amin'ny fihenan'ny haben'ny pixel habaka dia mihena ny fahaiza-manangona hazavana. Noho izany dia zava-dehibe ny mampifandanja ny filana fanapahan-kevitra sy ny fanangonana hazavana. Fanampin'izany, ny haben'ny piksela amin'ny habaka lehibe kokoa dia mazàna mampita sehatra fijery lehibe kokoa amin'ny lohahevitra sary. Ho an'ny fampiharana izay mila famahana tsara, ny fifandanjana tsara indrindra dia voalaza fa toy izao manaraka izao: Ny haben'ny piksela amin'ny habaka misy zavatra, rehefa ampitomboina amin'ny anton-javatra sasany ho an'ny Nyquist, dia tokony hitovy amin'ny fanapahan-kevitra optika. Ity isa ity dia antsoina hoe famaha fakan-tsary.
Matetika ny fifandanjana optika sy sensor no midina mba hahazoana antoka fa ny famahana santionany mahomby amin'ny fakan-tsary dia mifanandrify amin'ny fetran'ny famaha optika an'ny family. Ny rafitra iray dia lazaina fa "mifanaraka amin'ny Nyquist" rehefa:
Fakan-tsary = résolusi optika
Ny famahana ny fakan-tsary dia omen'ny:
Ny anton'ny kaonty momba ny Nyquist izay atolotra matetika dia 2.3, fa tsy 2. Ny anton'izany dia toy izao manaraka izao.
Ny piksela fakan-tsary dia (matetika) efajoro, ary nalamina amin'ny 2D grid. Ny haben'ny piksela araka ny voafaritra ho ampiasaina amin'ny equation mifanohitra dia maneho ny sakan'ny piksela manaraka ny famak'ity grid ity. Raha toa ka mandainga amin'ny zoro rehetra ny endri-javatra ezahantsika hamahana afa-tsy ny maromaro tonga lafatra amin'ny 90° mifandraika amin'ity grid ity, dia ho lehibe kokoa ny haben'ny piksel mahomby, hatramin'ny √2 ≈ 1,41 heny amin'ny haben'ny piksel amin'ny 45°. Izany dia aseho amin'ny sary 2 (antsasany ambany).
Ny anton-javatra atolotra araka ny mari-pamantarana Nyquist amin'ny orientation rehetra dia ho 2√2 ≈ 2.82. Na izany aza, noho ny fifampiraharahana voalaza teo aloha teo anelanelan'ny fanapahan-kevitra sy ny fanangonana maivana, ny sandan'ny marimaritra iraisana amin'ny 2.3 dia atolotra ho fitsipika ankapobeny.
Ny anjara asan'ny nyquist sampling amin'ny sary
Ny sampling Nyquist no mpiandry vavahadin'ny fahatokiana sary. Rehefa latsaka ambanin'ny fetran'ny Nyquist ny tahan'ny santionany:
● Undersampling → mahatonga ny anarana hoe: pitsopitsony diso, sisiny mitsilopilopy, na lamina moiré.
● Oversampling → maka angon-drakitra mihoatra noho izay azon'ny optika aterina, mitarika amin'ny fihenan'ny fiverenana: rakitra lehibe kokoa sy fitakiana fanodinana avo kokoa tsy misy fanatsarana hita maso.
Ny santionany marina dia miantoka fa ny sary dia sady maranitra no marina amin'ny zava-misy. Izy io dia manome ny fifandanjana eo amin'ny fidirana optika sy ny fisamborana nomerika, misoroka ny fanapahan-kevitra very amin'ny lafiny iray na ny artifact mamitaka amin'ny lafiny iray.
Fampiharana azo ampiharina
Ny sampling nyquist dia tsy teoria fotsiny - manana fampiharana manan-danja amin'ny sehatra fanaovana sary:
● Microscopy:Ny mpikaroka dia tsy maintsy misafidy sensor izay maka sary avo roa heny amin'ny antsipiriany kely indrindra azon'ny family objectif. Mifidy ny tsarafakan-tsary mikroskopikaTena zava-dehibe, satria ny haben'ny piksel dia tsy maintsy mifanaraka amin'ny fanapahan-kevitra voafetra amin'ny diffraction amin'ny tanjona mikraoskaopy. Ny laboratoara maoderina matetika dia aleonyfakan-tsary sCMOS.
● sary:Ny fampifangaroana sensor megapixel avo lenta amin'ny lantihy izay tsy afaka mamaha ny antsipirihan'ny antsipiriany tsara dia matetika miteraka fanatsarana tsy dia misy dikany loatra amin'ny maranitra. Ny mpaka sary matihanina dia mampifandanja ny lens sy ny fakan-tsary mba hisorohana ny famaha very.
● sary:Ny fampifangaroana sensor megapixel avo lenta amin'ny lantihy izay tsy afaka mamaha ny antsipirihan'ny antsipiriany tsara dia matetika miteraka fanatsarana tsy dia misy dikany loatra amin'ny maranitra. Ny mpaka sary matihanina dia mampifandanja ny lens sy ny fakan-tsary mba hisorohana ny famaha very.
● Vidin'ny milina &Fakan-tsary siantifikaAmin'ny fanaraha-maso ny kalitao sy ny fisafoana indostrialy, ny tsy fahampian'ny endri-javatra kely noho ny tsy fahampian'ny sampling dia mety midika fa tsy hita ny ampahany misy kilema. Ny oversampling dia azo ampiasaina iniana ho an'ny zoom dizitaly na fanodinana fanatsarana.
Rahoviana no hifanaraka amin'ny Nyquist: Oversampling sy Undersampling
Ny santionan'ny Nyquist dia maneho ny fifandanjana tsara indrindra, fa amin'ny fampiharana, ny rafitra imaging dia mety minia mihoatra ny santionany na ambany santionany arakaraka ny fampiharana.
Inona no atao hoe Undersampling
Raha ny fampiharana izay manan-danja kokoa ny fahatsapan-tena noho ny famahana ny pitsopitsony faran'izay bitika indrindra, ny fampiasana ny haben'ny pixel habaka lehibe kokoa noho ny fitakian'i Nyquist dia mety hitondra tombony betsaka amin'ny fanangonana maivana. Izany dia antsoina hoe undersampling.
Izany dia mahafoy ny antsipiriany tsara, saingy mety hahasoa rehefa:
● Zava-dehibe ny fahatsapana: ny piksel lehibe kokoa dia manangona hazavana bebe kokoa, manatsara ny tahan'ny signal-to-noise amin'ny sary maivana.
● Zava-dehibe ny hafainganam-pandeha: vitsy kokoa ny piksela mampihena ny fotoana famakiana, ahafahana mahazo haingana kokoa.
● Ilaina ny fahombiazan'ny angona: ny haben'ny rakitra kely kokoa dia aleo kokoa amin'ny rafitra voafetra ny bandwidth.
Ohatra: Amin'ny sary kalsioma na voly, matetika ny famantarana dia salan'isa amin'ny faritra mahaliana, noho izany dia manatsara ny fanangonana hazavana ny undersampling nefa tsy mampandefitra ny vokatra ara-tsiansa.
Inona no atao hoe Oversampling
Mifanohitra amin'izany, maro amin'ireo fampiharana izay mamaha ny antsipiriany tsara no zava-dehibe, na ny fampiharana mampiasa fomba famakafakana taorian'ny nahazoany mba hamerenana vaovao fanampiny mihoatra ny fetran'ny diffraction, dia mitaky piksela kely kokoa noho ny fitakian'i Nyquist, antsoina hoe oversampling.
Na dia tsy mampitombo ny famahana optika marina aza izany, dia afaka manome tombony izany:
● Mamela ny zoom dizitaly amin'ny tsy fahampian'ny kalitao.
● Manatsara ny fanodinana aorian'ny fandidiana (oh: deconvolution, denoising, super-resolution).
● Mampihena ny aliasing hita rehefa ahena ny sary any aoriana.
Ohatra: Amin'ny mikraoskaopy, ny fakan-tsary sCMOS avo lenta dia mety hameno santionany ny rafitra finday mba ahafahan'ny algorithm informatika mamoaka antsipiriany tsara mihoatra ny fetran'ny diffraction.
Hevi-diso mahazatra
1, Ny megapixels bebe kokoa dia midika hoe sary maranitra kokoa.
Tsy marina. Miankina amin'ny herin'ny famahana ny family sy ny santionan'ny sensor raha mety.
2, Izay family tsara dia miasa tsara amin'ny sensor avo lenta.
Ny fifanandrinana ratsy eo amin'ny famaha ny lens sy ny pitch pixel dia hametra ny fahombiazany.
3. Ny sampling nyquist dia tsy misy afa-tsy amin'ny fanodinana famantarana, fa tsy sary.
Mifanohitra amin'izany, ny fanaovana sary nomerika dia dingana fanaovana santionany, ary ny Nyquist dia manan-danja eto toy ny amin'ny feo na ny fifandraisana.
Famaranana
Ny sampling Nyquist dia mihoatra noho ny abstraction matematika - io no fitsipika izay miantoka ny fiaraha-miasa amin'ny vahaolana optika sy nomerika. Amin'ny alàlan'ny fampifanarahana ny herin'ny famahana ny lantihy miaraka amin'ny fahaizan'ny santionany amin'ny sensor, ny rafitra fanaovana sary dia mahatratra mazava tsara indrindra tsy misy artifacts na fahaiza-manao very.
Ho an'ireo matihanina amin'ny sehatra samihafa toy ny microscopy, astronomia, sary ary fahitana milina, ny fahatakarana ny santionan'ny Nyquist dia fanalahidin'ny famolavolana na fisafidianana rafitra fanaovana sary izay manome valiny azo antoka. Amin'ny farany, ny kalitaon'ny sary dia tsy avy amin'ny fanosehana famaritana iray ho amin'ny faratampony, fa avy amin'ny fahazoana mandanjalanja.
FAQs
Inona no mitranga raha tsy afa-po amin'ny fakantsary ny fakana santionany Nyquist?
Rehefa latsaka ambanin'ny fetran'ny Nyquist ny tahan'ny fakana santionany, dia tsy afaka maneho ny antsipiriany tsara ny sensor. Izany dia miteraka fanamafisam-peo, izay miseho amin'ny endriky ny sisiny, ny moiré, na ny haingon-trano diso izay tsy misy amin'ny tena sehatra.
Ahoana no fiantraikan'ny haben'ny piksel amin'ny santionany Nyquist?
Ny pixel kely kokoa dia mampitombo ny fatran'ny Nyquist, midika izany fa afaka mamaha ny antsipiriany tsara kokoa ny sensor. Saingy raha tsy afaka manome an'io haavon'ny famahana io ny fakan-tsary, dia manampy sanda kely ny piksel fanampiny ary mety hampitombo ny tabataba.
Hafa ve ny santionan'i Nyquist ho an'ny sensor monochrome vs. loko?
Eny. Ao amin'ny sensor monochrome, ny santionan'ny piksel tsirairay dia mamirapiratra mivantana, noho izany ny fatran'ny Nyquist mahomby dia mifanandrify amin'ny pitch pixel. Ao amin'ny sensor miloko misy sivana Bayer, ny fantsona loko tsirairay dia tsy misy santionany, noho izany dia ambany kely ny famahana mahomby aorian'ny demosaicing.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Zo rehetra voatokana. Rehefa mitanisa dia ekeo ny loharano:www.tucsen.com
