25.02.2022Kameraets pikselstørrelse refererer til de fysiske dimensjonene (bredde og høyde) til hver enkelt piksel på kamerasensoren, vanligvis målt i mikrometer (μm). Det er en avgjørende spesifikasjon som påvirker både kameraets følsomhet og dets evne til å fange opp fine detaljer. Imidlertid spiller bildepikselstørrelsen (som følge av sensorens pikselstørrelse og forstørrelsen av det optiske systemet) en mer direkte rolle i å bestemme mange bildeegenskaper.
1. Forholdet mellom sensorpikselstørrelse og bildepikselstørrelse
Sensorpikselstørrelse vs. bildepikselstørrelse:
Sensorens pikselstørrelse er den fysiske størrelsen på en enkelt piksel på sensoren. Imidlertid bestemmes bildets pikselstørrelse av sensorens pikselstørrelse delt på systemets forstørrelse.
Det optiske systemets forstørrelse (som bestemmes av optiske komponenter som linser eller mikroskopobjektiver) spiller en avgjørende rolle i den effektive bildepikselstørrelsen.
Virkningen av optiske systemer:
Faste fokusplansystemer (f.eks. mikroskopobjektiver) vs. fokuserbare systemer (f.eks. konvensjonelle kameralinser):
I systemer med fast fokusplan er pikselstørrelsen direkte relatert til forstørrelsen, og større piksler kan samle mer lys, noe som gir større følsomhet.
I fokuserbare systemer kan forstørrelsen justeres ved å endre avstanden til motivet eller bruke zoomobjektiver, som igjen endrer den effektive bildepikselstørrelsen.
2. Følsomhet og pikselstørrelse
Større piksler og følsomhet:
Større piksler kan samle mer lys, noe som forbedrer kameraets følsomhet, spesielt under dårlige lysforhold.
Analogi: Større piksler er som en bøtte sammenlignet med en kopp for å samle regnvann – det større området samler flere fotoner, noe som øker følsomheten.
Hvis for eksempel størrelsen på en piksel dobles i både X- og Y-retningen, øker pikselarealet fire ganger, noe som betyr at den kan samle fire ganger flere fotoner.
Fordeler med avbildning i svakt lys:
Økt pikselstørrelse forbedrer kameraets evne til å fange opp svake lyssignaler betydelig, noe som reduserer den nødvendige eksponeringstiden eller lysnivået.
3. Pikselstørrelse vs. bildeoppløsning
Avveining av oppløsning:
Større piksler kan forbedre følsomheten, men de kan også redusere evnen til å oppløse fine detaljer.
Eksempel: En piksel på 1 μm vil ha problemer med å oppløse detaljer mindre enn 2 μm, ettersom de nærliggende funksjonene vil bli uskarpe.
Pikseleringsgraden øker med større piksler, noe som betyr at finere detaljer i bildet blir utydelige.
Begrensninger i det optiske systemet:
Optisk systemoppløsning er også en begrensende faktor for å løse opp fine detaljer. Hvert optisk system har en grense som reduserer pikselstørrelsen utover, og som ikke vil forbedre oppløsningen, men vil redusere følsomheten.
For systemer basert på mikroskopobjektiv er det primært den numeriske blenderåpningen (NA) som bestemmer denne oppløsningsgrensen.
4. Matching av pikselstørrelse til optisk system
Ideell pikselstørrelse for mikroskoper med høy NA:
Et kamera med en pikselstørrelse på 6,5 μm passer ideelt sett med 60x mikroskopobjektiver med høy NA.
Kameraer med 10 eller 11 μm piksler er best egnet for objektiver med 100x høy NA.
Større piksler kan gi høyere følsomhet, men mindre piksler forbedrer ikke nødvendigvis detaljoppløsningen; de er mer nyttige for å fange finere bildedetaljer bare hvis det optiske systemet støtter en slik oppløsning.
5. Konklusjon: Balansering av pikselstørrelse, følsomhet og oppløsning
Avveining av pikselstørrelse:
Større piksler er bedre for bilder i svakt lys og for å forbedre følsomheten, men det går utover evnen til å oppløse fine bildedetaljer.
Mindre piksler forbedrer bildeoppløsningen, men kan redusere følsomheten, spesielt under dårlige lysforhold.
Systemmatching:
Den ideelle pikselstørrelsen for kameraet avhenger av det optiske systemet som brukes. For systemer med høyere forstørrelse (som mikroskoper med høy NA) må pikselstørrelsen balanseres med det optiske systemets oppløsningsevne og den tiltenkte bildebehandlingsapplikasjonen.
