2022/02/25De pixelgrootte van een camera verwijst naar de fysieke afmetingen (breedte en hoogte) van elke afzonderlijke pixel op de camerasensor, doorgaans gemeten in micrometers (μm). Het is een cruciale specificatie die zowel de gevoeligheid van de camera als het vermogen om fijne details vast te leggen beïnvloedt. De beeldpixelgrootte (die voortkomt uit de pixelgrootte van de sensor en de vergroting van het optische systeem) speelt echter een directere rol bij het bepalen van veel beeldeigenschappen.
1. De relatie tussen sensorpixelgrootte en beeldpixelgrootte
Sensorpixelgrootte versus beeldpixelgrootte:
De pixelgrootte van een sensor is de fysieke grootte van een enkele pixel op de sensor. De pixelgrootte van een afbeelding wordt echter bepaald door de pixelgrootte van de sensor te delen door de systeemvergroting.
De vergroting van het optische systeem (die wordt bepaald door de optische componenten zoals lenzen of microscoopobjectieven) speelt een cruciale rol in de effectieve beeldpixelgrootte.
Impact van optische systemen:
Systemen met een vast brandpuntsvlak (bijv. microscoopobjectieven) versus systemen met een instelbaar brandpuntsvlak (bijv. conventionele cameralenzen):
Bij systemen met een vast brandpuntsvlak is de pixelgrootte rechtstreeks gerelateerd aan de vergroting, en grotere pixels kunnen meer licht opvangen, wat een hogere gevoeligheid oplevert.
Bij focusseerbare systemen kan de vergroting worden aangepast door de afstand tot het onderwerp te veranderen of door zoomlenzen te gebruiken, wat op zijn beurt de effectieve beeldpixelgrootte verandert.
2. Gevoeligheid en pixelgrootte
Grotere pixels en hogere gevoeligheid:
Grotere pixels kunnen meer licht opvangen, waardoor de gevoeligheid van de camera verbetert, vooral bij weinig licht.
Analogie: Grotere pixels zijn als een emmer vergeleken met een beker voor het opvangen van regenwater – het grotere oppervlak vangt meer fotonen op, wat de gevoeligheid verhoogt.
Als bijvoorbeeld de grootte van een pixel in zowel de X- als de Y-richting verdubbelt, neemt het pixeloppervlak vier keer toe, wat betekent dat de pixel vier keer zoveel fotonen kan opvangen.
Voordelen van beeldvorming bij weinig licht:
Een grotere pixelgrootte verbetert het vermogen van de camera om zwakke lichtsignalen vast te leggen aanzienlijk, waardoor de benodigde belichtingstijd of lichtsterkte afneemt.
3. Pixelgrootte versus beeldresolutie
Resolutie-afweging:
Grotere pixels kunnen de gevoeligheid verbeteren, maar ze kunnen ook het vermogen om fijne details weer te geven verminderen.
Voorbeeld: Een pixel van 1 μm zal moeite hebben om details kleiner dan 2 μm weer te geven, omdat de aangrenzende kenmerken in elkaar overlopen.
De mate van pixellering neemt toe met grotere pixels, wat betekent dat fijnere details in de afbeelding onduidelijk worden.
Beperkingen van het optische systeem:
De resolutie van een optisch systeem is ook een beperkende factor bij het waarnemen van fijne details. Elk optisch systeem heeft een limiet, waarna het verkleinen van de pixelgrootte de resolutie niet meer verbetert, maar de gevoeligheid juist vermindert.
Bij systemen die gebruikmaken van microscoopobjectieven, wordt deze resolutielimiet voornamelijk bepaald door de numerieke apertuur (NA).
4. Pixelgrootte afstemmen op optisch systeem
Ideale pixelgrootte voor microscopen met een hoge numerieke apertuur (NA):
Een camera met een pixelgrootte van 6,5 μm is ideaal te combineren met microscoopobjectieven met een hoge numerieke apertuur (NA) van 60x.
Camera's met pixels van 10 of 11 μm zijn het meest geschikt voor objectieven met een hoge numerieke apertuur (NA) van 100x.
Grotere pixels kunnen een hogere gevoeligheid opleveren, maar kleinere pixels leiden niet per se tot een betere detailresolutie; ze zijn alleen nuttiger voor het vastleggen van fijnere beelddetails als het optische systeem een dergelijke resolutie ondersteunt.
5. Conclusie: Balans tussen pixelgrootte, gevoeligheid en resolutie
Afweging tussen pixelgrootte en -afweging:
Grotere pixels zijn beter voor opnames bij weinig licht en verbeteren de gevoeligheid, maar gaan ten koste van het vermogen om fijne beelddetails weer te geven.
Kleinere pixels verbeteren de beeldresolutie, maar kunnen de gevoeligheid verminderen, met name bij weinig licht.
Systeemafstemming:
De ideale pixelgrootte van een camera hangt af van het gebruikte optische systeem. Voor systemen met een hogere vergroting (zoals microscopen met een hoge numerieke apertuur) moet de pixelgrootte in balans zijn met het oplossend vermogen van het optische systeem en de beoogde beeldvormingstoepassing.
