25/08/20Шинжлэх ухааны камерыг үнэлэхдээ пикселийн хэмжээ, квантын үр ашиг, динамик хүрээ гэх мэт техникийн үзүүлэлтүүд асар их байж болно. Эдгээр үзүүлэлтүүдийн дотроос битийн гүн нь таны камер хэр их мэдээлэл авч чадах, нарийн ширийн зүйлийг хэрхэн үнэн зөв илэрхийлж байгааг тодорхойлоход хамгийн чухал үзүүлэлтүүдийн нэг юм.
Гэрэлтүүлгийн нарийн ялгаа нь чухал өгөгдлийг илэрхийлж болох шинжлэх ухааны дүрслэлд битийн гүнийг ойлгох нь заавал байх албагүй - энэ нь чухал юм.
Энэ нийтлэлд битийн гүн гэж юу болох, энэ нь зургийн чанарт хэрхэн нөлөөлдөг, өгөгдлийн нарийвчлалд гүйцэтгэх үүрэг, програмдаа тохирох битийн гүнийг хэрхэн сонгох талаар тайлбарлана.
Битийн гүн: Зургийн пиксел дэх саарал түвшний хамгийн их тоо
Шинжлэх ухааны камертай ажиллахдаа битийн гүн нь пиксел тус бүр хэдэн тодорхой эрчимтэй утгыг бичиж болохыг тодорхойлдог. Шинжлэх ухааны дүрслэлд пиксел бүрийн утга нь фотоны тоо эсвэл флюресценцийн эрчим зэрэг хэмжсэн хэмжигдэхүүнтэй шууд тохирч болох тул энэ нь маш чухал юм.
Битийн гүн нь 8 бит нь нэг байтаас бүрдэх эрчимжилтийн утгыг хадгалахад пиксел бүр ашигладаг хоёртын тоон өгөгдлийн "битийн" тоог харуулдаг. Саарал түвшний хамгийн их утгыг дараах байдлаар тодорхойлно.
Хамгийн их саарал түвшин = 2^(Битийн гүн)
Жишээ нь:
● 8 бит = 256 түвшин
● 12 бит = 4,096 түвшин
● 16 бит = 65,536 түвшин
Илүү саарал түвшин нь тод байдлын илүү нарийн зэрэглэл, нарийн ялгааг илүү нарийвчлалтай дүрслэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь бүдэг дохиог хэмжих эсвэл тоон шинжилгээ хийх үед чухал ач холбогдолтой байж болно.
Битийн гүн ба хурд
Битийн гүнийг нэмэгдүүлэх нь аналог-тоон хувиргагч (ADC) нь хэмжилт бүрт илүү их бит гаргах ёстой гэсэн үг юм. Энэ нь ихэвчлэн секундэд хэмжилтээ багасгахыг шаарддаг, өөрөөр хэлбэл камерын фрэймийн хурдыг багасгахыг шаарддаг.
Энэ шалтгааны улмаас олоншинжлэх ухааны камеруудХоёр худалдан авах горимыг санал болгож байна:
● Өндөр битийн гүн горим – Энэ нь ихэвчлэн илүү өндөр динамик хүрээг санал болгодог. Флюресценцийн микроскопи эсвэл спектроскопи зэрэг хэрэглээнд дууны нягтрал болон динамик хүрээг чухалчилдаг.
● Өндөр хурдны горим – Энэ нь битийн гүнийг багасгаж, фрэймийн хурдыг хурдасгадаг бөгөөд энэ нь өндөр хурдны дүрслэлд хурдан үйл явдал хийхэд зайлшгүй шаардлагатай.
Нарийвчлал ба түр зуурын нарийвчлал гэсэн дүрслэлийн зорилгод нийцэх горимыг сонгоход тань туслах болно.
Битийн гүн ба динамик хүрээ
Битийн гүнийг динамик мужтай андуурах нь түгээмэл боловч тэдгээр нь ижил биш юм. Битийн гүн нь гэрэлтүүлгийн боломжит түвшний тоог тодорхойлдог бол динамик муж нь хамгийн бүдэг ба тод мэдрэгдэх дохионы харьцааг тодорхойлдог.
Энэ хоёрын хоорондын хамаарал нь камерын өсөлтийн тохиргоо, унших чимээ зэрэг нэмэлт хүчин зүйлээс хамаарна. Үнэн хэрэгтээ динамик хүрээг "үр дүнтэй бит"-ээр илэрхийлж болох бөгөөд энэ нь дуу чимээний гүйцэтгэл нь ашиглах боломжтой зургийн өгөгдөлд хувь нэмэр оруулах битийн тоог бууруулж болзошгүй гэсэн үг юм.
Камер сонгохдоо нэг нь нөгөөг нь бүрэн тодорхойлдог гэж бодохын оронд битийн гүн болон динамик хүрээг хоёуланг нь үнэлэх хэрэгтэй гэсэн үг.
Камерын фрэймд шаардагдах өгөгдөл хадгалах байтыг (шахалтгүйгээр) дараах байдлаар тооцоолж болно.
Өгөгдлийн хадгалалт
Нэмж дурдахад TIFF гэх мэт зарим файлын форматууд нь 9-16 битийн өгөгдлийг 16 битийн "боодол" дотор хадгалдаг. Энэ нь таны зураг зөвхөн 12 бит ашигладаг байсан ч хадгалах зай нь бүтэн 16 битийн зурагтай ижил байж болно гэсэн үг юм.
Том өгөгдлийн багцтай ажилладаг лабораторийн хувьд энэ нь практик ач холбогдолтой: өндөр битийн гүнтэй зураг нь илүү их дискний зай, илүү урт дамжуулах хугацаа, боловсруулахад илүү их тооцоолох хүч шаарддаг. Нарийвчлалын хэрэгцээг өгөгдлийн удирдлагын чадавхитай тэнцвэржүүлэх нь үр дүнтэй ажлын урсгалд зайлшгүй шаардлагатай.
Битийн гүн нь зургийн чанарт хэрхэн нөлөөлдөг
Зураг: Битийн гүний жишээнүүд
ЖИЧ: Битийн гүн гэсэн ойлголтын дүрслэл. Битийн гүнийг багасгах нь зургийг харуулахад ашиглаж болох эрчимжилтийн алхмуудын тоог бууруулдаг.
Битийн гүн нь шинжлэх ухааны камерын зургийн чанарын хэд хэдэн асуудалд шууд нөлөөлдөг.
Динамик хүрээ
Илүү өндөр битийн гүн нь илүү гэрэлтүүлгийн түвшинг барьж, сүүдэр болон тодруулсан хэсгүүдийн дэлгэрэнгүй мэдээллийг хадгалдаг.
Жишээлбэл, флюресценцийн микроскопийн хувьд бүдэг дүрсүүд 8 битийн зураг дээр бараг харагдахгүй байж болох ч 16 битийн зураг авалтад илүү тод харагддаг.
Илүү гөлгөр өнгөлөг
Илүү өндөр битийн гүн нь гэрэлтүүлгийн түвшний хооронд илүү зөөлөн шилжилт хийх боломжийг олгодог бөгөөд градиент дахь "зурвас"-аас зайлсхийдэг. Энэ нь ялангуяа огцом үсрэлт нь үр дүнг гажуудуулж болох тоон шинжилгээнд чухал ач холбогдолтой юм.
Дохио-дуу чимээний харьцаа (SNR)-ийн төлөөлөл
Хэдийгээр битийн гүн нь мэдрэгчийн SNR-ийг шууд нэмэгдүүлэхгүй ч энэ нь камерт дуу чимээний давхраас дээш дохионы нарийн өөрчлөлтийг илүү нарийвчлалтай харуулах боломжийг олгодог.
Хэрэв мэдрэгчийн SNR нь битийн гүнээс санал болгож буй нягтралаас доогуур байвал эдгээр нэмэлт битүүд нь зургийн бодит чанарт нөлөөлөхгүй байж магадгүй бөгөөд энэ нь анхаарах ёстой хүчин зүйл юм.
Жишээ:
●8 битийн зураг: Сүүдэр нийлж, бүдэг бадаг шинж тэмдгүүд алга болж, нарийн өөрчлөлтүүд алга болно.
●16 битийн зураг: Зэрэглэл тасралтгүй, бүдэг бүтэц хадгалагдаж, тоон хэмжилт илүү найдвартай.
Шинжлэх ухааны дүрслэл дэх битийн гүн ба өгөгдлийн нарийвчлал
Шинжлэх ухааны дүрслэлд зураг бол зүгээр нэг зураг биш, харин өгөгдөл юм. Пиксел бүрийн утга нь фотоны тоо, флюресценцийн эрчим, спектрийн хүч зэрэг хэмжигдэхүйц хэмжигдэхүүнтэй тохирч болно.
Илүү өндөр битийн гүн нь квантчлалын алдааг бууруулдаг - аналог дохиог дижитал түвшинд дижитал болгох үед үүсдэг дугуйралтын алдаа. Илүү олон түвшинтэй бол пикселд оноогдсон тоон утга нь жинхэнэ аналог дохиотой илүү нягт таарч байна.
Энэ яагаад чухал вэ
● Флюресценцийн микроскопийн хувьд гэрэлтүүлгийн нэг алхамын зөрүү нь уургийн концентрацийн мэдэгдэхүйц өөрчлөлтийг илэрхийлж болно.
● Одон орон судлалд хэрвээ битийн гүн хэт бага байвал алс холын одод эсвэл галактикаас ирэх бүдэг дохио алдагдаж болно.
● Спектроскопийн хувьд илүү өндөр битийн гүн нь шингээлт эсвэл ялгаруулалтын шугамыг илүү нарийвчлалтай хэмжих боломжийг олгодог.
16 битийн гаралттай sCMOS камер нь бага битийн гүнтэй системд үл үзэгдэх нарийн ялгааг бичиж чаддаг бөгөөд энэ нь тоон нарийвчлал шаарддаг програмуудад зайлшгүй шаардлагатай болгодог.
Танд хэр их битийн гүн хэрэгтэй вэ?
Олон програмууд нь дохионы өндөр түвшин, өндөр динамик хүрээг шаарддаг бөгөөд энэ тохиолдолд өндөр битийн гүн (14-бит, 16-бит ба түүнээс дээш) нь ашигтай байж болно.
Ихэвчлэн бага гэрлийн дүрслэлд байгаа хэдий ч боломжтой битийн гүн нь ихэнх тохиолдолд хүрэхээс хамаагүй өндөр ханалтын эрчмийг өгдөг. Ялангуяа 16 битийн камерын хувьд ашиг нь өндөр биш л бол 16 битийн бүрэн хүрээг ашиглах нь ховор байдаг.
Илүү өндөр хурдтай камер эсвэл камерын горим нь ердөө 8 бит байж болох бөгөөд энэ нь илүү хязгаарлагдмал байж болох ч 8 битийн горимыг идэвхжүүлж болох өндөр хурд нь ихэвчлэн солилцоог үнэ цэнэтэй болгодог. Камер үйлдвэрлэгчид 8 битийн горимуудын олон талт байдлыг нэмэгдүүлэх боломжтой бөгөөд өөр өөр дүрслэлийн хэрэглээний ердийн дохионы түвшинг өөрчлөх боломжтой.
Хэрэглээний тань зөв битийн гүнийг сонгох
Шинжлэх ухааны дүрслэлийн нийтлэг хувилбаруудад битийн гүнийг тохируулах товч лавлагаа энд байна:
| Өргөдөл | Санал болгож буй битийн гүн | Шалтгаан |
| Флюресцент микроскопи | 16 бит | Бүдэг дохио болон эрчим хүчний нарийн ялгааг илрүүлэх |
| Одон орон судлалын дүрслэл | 14-16 бит | Гэрэл багатай нөхцөлд өндөр динамик хүрээг авна |
| Аж үйлдвэрийн хяналт | 12-14 бит | Жижиг согогийг тодорхой тодорхойл |
| Ерөнхий баримт бичиг | 8-бит | Тоон бус зорилгоор хангалттай |
| Спектроскопи | 16 бит | Спектрийн өгөгдлийн нарийн өөрчлөлтийг хадгалах |
Худалдан авалт:
●Илүү өндөр битийн гүн= илүү сайн дууны нягтрал, нарийвчлал, гэхдээ илүү том файлууд, илүү урт боловсруулах хугацаа.
●Доод битийн гүн= илүү хурдан олж авах, жижиг файлууд, гэхдээ нарийн ширийн зүйлийг алдах эрсдэлтэй.
Битийн гүн болон бусад камерын үзүүлэлтүүд
Хэдий битийн гүн чухал боловч шинжлэх ухааны камер сонгоход энэ нь зөвхөн нэг оньсого юм.
Мэдрэгчийн төрөл (CCD ба CMOS vs sCMOS)
● Янз бүрийн мэдрэгчийн архитектурууд нь унших дуу чимээ, динамик хүрээ, квант үр ашигтай байдаг. Жишээлбэл, квантын үр ашиг муутай өндөр битийн гүн мэдрэгч нь гэрэл багатай дүрслэлд бэрхшээлтэй хэвээр байж магадгүй юм.
Квантын үр ашиг (QE)
● QE нь мэдрэгч нь фотоныг электрон болгон хэр үр дүнтэй хувиргадаг болохыг тодорхойлдог. Өндөр QE нь сул дохиог барихад маш чухал бөгөөд хангалттай битийн гүнтэй хосолсон тохиолдолд өгөгдлийн нарийвчлалыг дээд зэргээр нэмэгдүүлдэг.
Динамик хүрээ
● Камерын динамик хүрээ нь түүний нэгэн зэрэг барьж чадах хамгийн бүдэг ба хамгийн тод дохионы хоорондох зайг тодорхойлдог. Илүү өндөр динамик хүрээ нь эдгээр гэрэлтүүлгийн түвшинг илэрхийлэх чадвартай бит гүнтэй таарч байвал хамгийн ашигтай байдаг.
Анхаарна уу:
Хэрэв системийн бусад хязгаарлалтууд (чимээ шуугиан эсвэл оптик гэх мэт) жинхэнэ саатал бол өндөр битийн гүн нь зургийн чанарыг сайжруулахгүй.
Жишээлбэл, маш бага дуу чимээтэй 8 битийн камер нь зарим програмуудад дуу чимээ ихтэй 16 битийн системийг гүйцэж чаддаг.
Дүгнэлт
Шинжлэх ухааны дүрслэлд битийн гүн нь техникийн үзүүлэлтээс илүү байдаг бөгөөд энэ нь үнэн зөв, найдвартай өгөгдлийг авах үндсэн хүчин зүйл юм.
Микроскопоор бүдэгхэн бүтцийг илрүүлэхээс эхлээд одон орон судлалд алс холын галактикуудыг бүртгэх хүртэл зөв битийн гүн нь таны шинжлэх ухааны камер таны судалгаанаас хамаарах нарийн ширийн зүйл, хэмжилтийг хадгалах боломжийг олгоно.
Камер сонгохдоо:
1. Өөрийн хэрэглээний нарийвчлалын хэрэгцээнд битийн гүнийг тааруулна уу.
2. Үүнийг квант үр ашиг, дуу чимээ, динамик хүрээ гэх мэт бусад чухал үзүүлэлтүүдийн хамт авч үзье.
3. Таны систем үүнийг ашиглах боломжтой үед илүү өндөр битийн гүн хамгийн үнэ цэнэтэй гэдгийг санаарай.
Хэрэв та хайж байгаа болCMOS камер orsCMOS камерөндөр битийн гүн шинжлэх ухааны дүрслэлд зориулагдсан тул нарийвчлал, найдвартай байдал, өгөгдлийн нарийвчлалд зориулагдсан манай загваруудын хүрээг судлаарай.
Түгээмэл асуултууд
Шинжлэх ухааны дүрслэлд 12 бит, 14 бит, 16 битийн практик ялгаа юу вэ?
Практик талаас нь авч үзвэл 12 бит (4,096 түвшин)-ээс 14 бит (16,384 түвшин), дараа нь 16 бит (65,536 түвшин) руу шилжих нь гэрэлтүүлгийн утгыг аажмаар нарийн ялгах боломжийг олгодог.
● 12 бит нь гэрэлтүүлгийг сайн хянадаг үйлдвэрлэлийн болон баримт бичгийн олон програмуудад хангалттай.
● 14 бит нь нарийвчлал ба удирдах боломжтой файлын хэмжээг тэнцвэржүүлдэг бөгөөд ихэнх лабораторийн ажлын урсгалд тохиромжтой.
● 16 бит нь гэрэл гэгээ багатай, өндөр динамик хүрээтэй, флюресценцийн микроскоп эсвэл одон орны дүрслэл гэх мэт гэрэл гэгээтэй нарийн ширийн зүйлийг алдалгүйгээр бүдэг дохиог бүртгэх чадвар нь маш чухал байдаг.
Гэсэн хэдий ч камерын мэдрэгчийн дуу чимээ болон динамик хүрээ нь эдгээр нэмэлт дууны алхмуудыг ашиглахад хангалттай байх ёстой гэдгийг санаарай - эс тэгвээс ашиг тус нь хэрэгжихгүй байж магадгүй юм.
Илүү өндөр битийн гүн нь үргэлж илүү сайн зураг үүсгэдэг үү?
Автоматаар биш. Битийн гүн нь боломжит дууны нягтралыг тодорхойлдог боловч бодит зургийн чанар бусад хүчин зүйлээс хамаарна, үүнд:
● Мэдрэгчийн мэдрэмж (квантын үр ашиг)
● Унших чимээ
● Оптик чанар
● Гэрэлтүүлгийн тогтвортой байдал
Жишээлбэл, өндөр дуу чимээтэй 16 битийн CMOS камер нь тодорхой нөхцөлд дуу чимээ багатай 12 битийн sCMOS камераас илүү хэрэгтэй мэдээлэл авч чадахгүй. Өөрөөр хэлбэл, өндөр битийн гүн нь оновчтой дүрслэлийн системтэй хослуулах нь хамгийн ашигтай байдаг.
Би чухал өгөгдлийг алдалгүйгээр өндөр битийн гүнтэй зургаас доош түүвэрлэж болох уу?
Тиймээ - үнэндээ энэ бол нийтлэг практик юм. Илүү өндөр битийн гүнд зураг авах нь танд дараах боловсруулалт болон тоон дүн шинжилгээ хийх уян хатан байдлыг олгоно. Та дараа нь танилцуулга эсвэл архивлахын тулд түүврийг 8 бит болгон бууруулж, өгөгдлийн багцыг бүрэн хадгалахгүйгээр шинжилгээний үр дүнг хадгалах боломжтой. Дахин дүн шинжилгээ хийх шаардлагатай бол өндөр битийн гүнтэй анхны файлуудыг хаа нэгтээ хадгалсан эсэхийг шалгаарай.
Шинжлэх ухааны тоон хэмжилтэд битийн гүн ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ?
Тоон дүрслэлд битийн гүн нь пикселийн утгыг бодит ертөнцийн дохионы эрчмийг хэрхэн зөв илэрхийлэхэд шууд нөлөөлдөг. Энэ нь чухал ач холбогдолтой:
● Микроскопи – Флюресценцийн эрчмийн өөрчлөлтийг эсийн түвшинд хэмжих.
● Спектроскопи – Шингээлтийн / ялгаруулалтын шугамын нарийн шилжилтийг илрүүлэх.
● Одон орон судлал – Удаан хугацаанд гэрэлтсэн үед бүдэг гэрлийн эх үүсвэрийг бүртгэх.
Эдгээр тохиолдолд битийн гүн хангалтгүй байгаа нь бөөрөнхийллийн алдаа эсвэл дохионы хайчилбарыг үүсгэж, өгөгдлийг буруу тайлбарлахад хүргэдэг.
Илүү ихийг мэдмээр байна уу? Холбогдох нийтлэлүүдийг харна уу:
[Динамик муж] – Динамик муж гэж юу вэ?
Шинжлэх ухааны камерын квантын үр ашиг: Эхлэгчдэд зориулсан гарын авлага
Tucsen Photonics Co., Ltd. Бүх эрх хуулиар хамгаалагдсан. Иш татахдаа эх сурвалжийг хүлээн зөвшөөрнө үү:www.tucsen.com
