۲۵/۰۹/۰۴په ډیجیټل امیجنگ کې، دا په اسانۍ سره فرض کیدی شي چې لوړ ریزولوشن په اتوماتيک ډول د غوره عکسونو معنی لري. د کیمرې جوړونکي ډیری وختونه د میګاپکسل شمیرو پراساس سیسټمونه بازار موندنه کوي، پداسې حال کې چې د لینز جوړونکي د حل کولو ځواک او تیزوالي ته اشاره کوي. مګر، په عمل کې، د عکس کیفیت نه یوازې د لینز یا سینسر په انفرادي ډول ځانګړتیاو پورې اړه لري بلکه پدې پورې هم اړه لري چې دوی څومره ښه سره سمون لري.
دا هغه ځای دی چې د نیکویست نمونې اخیستل په کې رول لوبوي. په اصل کې د سیګنال پروسس کولو اصل، د نیکویست معیار د توضیحاتو په سمه توګه نیولو لپاره تیوریکي چوکاټ ټاکي. په عکس اخیستلو کې، دا ډاډ ورکوي چې د لینز لخوا وړاندې شوی نظري ریزولوشن او د کیمرې سینسر ډیجیټل ریزولوشن په همغږۍ سره یوځای کار کوي.
دا مقاله د عکس اخیستلو په شرایطو کې د نیکویست نمونې اخیستل خلاصوي، د آپټیکل او کیمرې ریزولوشن ترمنځ توازن تشریح کوي، او د عکس اخیستنې څخه تر ساینسي عکس اخیستنې پورې غوښتنلیکونو لپاره عملي لارښوونې چمتو کوي.
د Nyquist نمونه اخیستل څه شی دی؟
شکل ۱: د نیکویسټ نمونې اخیستلو تیورم
پورته:د سینوسایډل سیګنال (سیان) په څو نقطو کې اندازه کیږي، یا نمونه اخیستل کیږي. خړ اوږده ډیش شوی کرښه د سینوسایډل سیګنال په هر دور کې د 1 اندازه کولو استازیتوب کوي، یوازې د سیګنال څوکې نیسي، د سیګنال ریښتیني طبیعت په بشپړ ډول پټوي. سور ښه ډیش شوی منحنی په هر نمونه کې د 1.1 اندازه کولو سره نیسي، یو سینوسایډ څرګندوي مګر د هغې فریکونسي غلطه کوي. دا د مویر نمونې سره ورته دی.
لاندې:یوازې هغه وخت چې په هر دور کې دوه نمونې واخیستل شي (ارغواني نقطه لرونکې کرښه) د سیګنال اصلي ماهیت نیول پیل کیږي.
د نیکویسټ نمونې کولو تیورم یو اصل دی چې د سیګنال پروسس کولو کې په الکترونیک، آډیو پروسس کولو، امیجنگ او نورو برخو کې عام دی. تیورم روښانه کوي چې په سیګنال کې د ورکړل شوي فریکونسۍ بیا رغولو لپاره، اندازه کول باید لږترلږه د هغه فریکونسۍ دوه چنده ترسره شي، چې په شکل 1 کې ښودل شوي. زموږ د نظري ریزولوشن په صورت کې، دا پدې مانا ده چې زموږ د اعتراض ځای پکسل اندازه باید لږترلږه د هغه کوچني توضیحاتو نیمایي وي چې موږ یې د نیولو هڅه کوو، یا د مایکروسکوپ په صورت کې، د مایکروسکوپ د ریزولوشن نیمایي وي.
شکل ۲: د مربع پکسلونو سره د Nyquist نمونه اخیستل: سمت مهم دی
د مربع پکسلونو د گرډ سره د کیمرې په کارولو سره، د Nyquist تیورم 2x نمونې فکتور به یوازې هغه توضیحات په سمه توګه ونیسي چې په بشپړ ډول د پکسل گرډ سره سمون لري. که چیرې د پکسل گرډ ته په زاویه کې د جوړښتونو حل کولو هڅه وشي، نو د اغیزمن پکسل اندازه لویه ده، تر √2 ځله پورې په قطر کې لویه ده. له همدې امله د نمونې اخیستلو کچه باید د مطلوب ځایي فریکونسۍ 2√2 ځله وي ترڅو د پکسل گرډ ته په 45o کې توضیحات ونیسي.
د دې دلیل د شکل ۲ (پورته نیمایي) په پام کې نیولو سره څرګند شوی دی. تصور وکړئ چې د پکسل اندازه د آپټیکل ریزولوشن ته ټاکل شوې ده، د دوه ګاونډیو نقطو سرچینو څوکې ورکوي، یا کوم تفصیل چې موږ یې د حل کولو هڅه کوو، هر یو خپل پکسل ورکوي. که څه هم دا بیا په جلا توګه کشف شوي، په پایله کې هیڅ اشاره نشته چې دوی دوه جلا څوکې دي - او یو ځل بیا زموږ د "حل کولو" تعریف نه دی پوره شوی. په مینځ کې یو پکسل ته اړتیا ده، د سیګنال یوه برخه نیسي. دا د ځایي نمونې اخیستلو کچه لږترلږه دوه چنده کولو سره ترلاسه کیږي، یعنی د شیانو ځای د پکسل اندازه نیمایي کول.
د کامرې ریزولوشن په پرتله آپټیکل ریزولوشن
د دې لپاره چې پوه شو چې د نیکویسټ نمونې اخیستل په عکس اخیستلو کې څنګه کار کوي، موږ اړتیا لرو چې د دوه ډوله ریزولوشن ترمنځ توپیر وکړو:
● نظري ریزولوشن: د لینز لخوا ټاکل کیږي، نظري ریزولوشن د هغې وړتیا ته اشاره کوي چې ښه توضیحات تولید کړي. د لینز کیفیت، اپرچر، او تفاوت په څیر عوامل دا حد ټاکي. د ماډولیشن لیږد فعالیت (MTF) ډیری وختونه د دې اندازه کولو لپاره کارول کیږي چې یو لینز په مختلفو فضايي فریکونسیو کې څومره ښه برعکس لیږدوي.
● د کامرې ریزولوشن: د سینسر لخوا ټاکل کیږي، د کامرې ریزولوشن د پکسل اندازې، پکسل پیچ، او د سینسر ټول ابعادو پورې اړه لري. د پکسل پیچد CMOS کیمرهپه مستقیم ډول د دې Nyquist فریکونسۍ تعریفوي، کوم چې د سینسر لخوا نیول کیدی شي اعظمي توضیحات ټاکي.
کله چې دا دواړه سره سمون ونلري، ستونزې رامنځته کیږي. هغه لینز چې د سینسر د حل کولو ځواک څخه ډیر وي په مؤثره توګه "ضایع کیږي"، ځکه چې سینسر نشي کولی ټول توضیحات ونیسي. برعکس، د لوړ ریزولوشن سینسر د ټیټ کیفیت لینز سره یوځای کیږي چې د ډیرو میګاپکسلونو سره سره ښه نه کیږي.
د آپټیکل او کیمرې ریزولوشن متوازن کولو څرنګوالی
د آپټیکس او سینسرونو توازن کول پدې معنی دي چې د سینسر د Nyquist فریکونسۍ د لینز د آپټیکل کټ آف فریکونسۍ سره سمون خوري.
● د کیمرې سینسر د Nyquist فریکونسي د 1 / (2 × پکسل پیچ) په توګه محاسبه کیږي. دا ترټولو لوړ فضايي فریکونسي تعریفوي چې سینسر یې پرته له ایلیس کولو نمونه کولی شي.
● د نظري قطع کولو فریکونسي د لینز ځانګړتیاو او تفاوت پورې اړه لري.
د غوره پایلو لپاره، د سینسر د Nyquist فریکونسي باید د لینز د حل کولو وړتیا سره سمون ولري یا یو څه ډیر وي. په عمل کې، د ګوتو یو ښه قاعده دا ده چې ډاډ ترلاسه شي چې د پکسل پیچ د لینز د حل وړ ځانګړتیا اندازې نیمایي کوچنۍ ده.
د مثال په توګه، که چیرې یو لینز تر څلورو مایکرو مترو پورې جزئیات حل کړي، نو د ~۲ مایکرو مترو د پکسل اندازې سره سینسر به سیسټم ښه متوازن کړي.
د کیمرې ریزولوشن او د مربع پکسلونو ننګونې سره د نیکویست مطابقت کول
د شیانو د ځای د پکسل اندازې کمیدو سره د رڼا د راټولولو وړتیا کمه شوې ده. له همدې امله دا مهمه ده چې د حل او د رڼا د راټولولو اړتیا متوازنه شي. سربیره پردې، د شیانو د ځای د پکسل اندازې د عکس اخیستنې موضوع د لید لوی ساحه لیږدوي. د هغو غوښتنلیکونو لپاره چې د ښه حل لپاره ځینې اړتیا لري، د 'د ګوتو د اصول' غوره توازن په لاندې ډول ویل کیږي: د شیانو د ځای د پکسل اندازه، کله چې د Nyquist حساب لپاره د یو فکتور لخوا ضرب شي، باید د نظري حل سره مساوي وي. دا مقدار د کیمرې ریزولوشن په نوم یادیږي.
د آپټیکس او سینسرونو توازن کول ډیری وختونه د دې ډاډ ترلاسه کولو پورې اړه لري چې د کیمرې اغیزمن نمونې ریزولوشن د لینز د آپټیکل ریزولوشن حد سره سمون لري. ویل کیږي چې یو سیسټم "د Nyquist سره سمون لري" کله چې:
د کیمرې ریزولوشن = آپټیکل ریزولوشن
چیرې چې د کیمرې ریزولوشن د لاندې لخوا ورکول کیږي:
د Nyquist لپاره هغه فکتور چې ډیری وختونه سپارښتنه کیږي 2.3 دی، نه 2. د دې دلیل په لاندې ډول دی.
د کیمرې پکسلونه (معمولا) مربع دي، او په دوه بعدي گرډ کې تنظیم شوي دي. د پکسل اندازه لکه څنګه چې په مساوي کې د کارولو لپاره تعریف شوې ده د دې گرډ د محورونو په اوږدو کې د پکسلونو پلنوالی استازیتوب کوي. که چیرې هغه ځانګړتیاوې چې موږ یې د حل کولو هڅه کوو په هر زاویه کې وي پرته له دې چې د دې گرډ په پرتله د 90 درجو بشپړ ضرب وي، د اغیزمن پکسل اندازه به لویه وي، تر √2 ≈ 1.41 ځله د پکسل اندازه په 45 درجو کې. دا په شکل 2 (لاندې نیمایي) کې ښودل شوی.
له همدې امله په ټولو اورینټیشنونو کې د Nyquist معیار سره سم وړاندیز شوی فکتور به 2√2 ≈ 2.82 وي. په هرصورت، د ریزولوشن او رڼا راټولولو ترمنځ مخکې ذکر شوي تجارت له امله، د 2.3 د جوړجاړي ارزښت د ګوتو د اصولو په توګه سپارښتنه کیږي.
په انځورګرۍ کې د نیکویسټ نمونې اخیستنې رول
د نیکویست نمونې اخیستل د عکس وفادارۍ دروازه ساتونکی دی. کله چې د نمونې اخیستلو کچه د نیکویست حد څخه ښکته شي:
● د نمونې کموالی → د نوم بدلولو لامل کیږي: غلط توضیحات، کندې لرونکي څنډې، یا د مور نمونې.
● ډیر نمونه اخیستل → د آپټیکس په پرتله ډیر معلومات راټولوي، چې د کمو عایداتو لامل کیږي: لوی فایلونه او د پروسس لوړې غوښتنې پرته له لیدلو وړ پرمختګونو.
سمه نمونه اخیستل ډاډ ورکوي چې انځورونه دواړه تیز او واقعیت ته ریښتیني دي. دا د آپټیکل ان پټ او ډیجیټل کیپچر ترمنځ توازن چمتو کوي، له یوې خوا د ضایع شوي ریزولوشن یا له بلې خوا د ګمراه کونکو اثارو څخه مخنیوی کوي.
عملي غوښتنلیکونه
د نیکویست نمونې اخیستل یوازې تیوري نه ده - دا د عکس اخیستلو په ټولو څانګو کې مهمې غوښتنلیکونه لري:
● مایکروسکوپي:څېړونکي باید داسې سینسرونه غوره کړي چې لږترلږه دوه ځله د هغو کوچنیو جزیاتو نمونه واخلي چې د عینک لخوا حل کیدی شي. سم انتخاب کولمایکروسکوپي کیمرهدا خورا مهم دی، ځکه چې د پکسل اندازه باید د مایکروسکوپ هدف د محدود تحلیل سره سمون ولري. عصري لابراتوارونه ډیری وختونه غوره کويد sCMOS کیمرې، کوم چې د لوړ فعالیت بیولوژیکي عکس اخیستنې لپاره د حساسیت، متحرک حد، او ښه پکسل جوړښتونو توازن چمتو کوي.
● عکاسي:د لوړ میګاپکسل سینسرونو سره د هغو لینزونو یوځای کول چې په مساوي ډول کوچني توضیحات نشي حل کولی ډیری وختونه په تیزوالي کې د پام وړ پرمختګ لامل کیږي. مسلکي عکس اخیستونکي د ضایع شوي ریزولوشن څخه مخنیوي لپاره لینزونه او کیمرې متوازن کوي.
● عکاسي:د لوړ میګاپکسل سینسرونو سره د هغو لینزونو یوځای کول چې په مساوي ډول کوچني توضیحات نشي حل کولی ډیری وختونه په تیزوالي کې د پام وړ پرمختګ لامل کیږي. مسلکي عکس اخیستونکي د ضایع شوي ریزولوشن څخه مخنیوي لپاره لینزونه او کیمرې متوازن کوي.
● د ماشین لید اوساینسي کیمرېد کیفیت کنټرول او صنعتي تفتیش کې، د کم نمونې اخیستلو له امله د کوچنیو ځانګړتیاوو له لاسه ورکول پدې معنی کیدی شي چې نیمګړتیاوې نه موندل کیږي. د ډیجیټل زوم یا پرمختللي پروسس لپاره په قصدي ډول د ډیر نمونې اخیستل کارول کیدی شي.
کله چې د نیکویست سره سمون ولرئ: ډیر نمونې اخیستل او کم نمونې اخیستل
د نیکویسټ نمونه اخیستل د مثالي توازن استازیتوب کوي، مګر په عمل کې، د عکس اخیستلو سیسټمونه ممکن په قصدي ډول د غوښتنلیک پورې اړه ولري.
انډرسمپلینګ څه شی دی؟
د هغو غوښتنلیکونو په صورت کې چې حساسیت د کوچنیو جزئیاتو د حل کولو په پرتله ډیر مهم دی، د شیانو د ځای پکسل اندازه کارول چې د Nyquist غوښتنو څخه لوی وي کولی شي د رڼا راټولولو د پام وړ ګټې رامینځته کړي. دې ته انډرسمپلینګ ویل کیږي.
دا ښه جزئیات له لاسه ورکوي، مګر ګټور کیدی شي کله چې:
● حساسیت خورا مهم دی: لوی پکسلونه ډیر رڼا راټولوي، په ټیټ رڼا کې د عکس اخیستلو په وخت کې د سیګنال او شور تناسب ښه کوي.
● سرعت مهم دی: لږ پکسلونه د لوستلو وخت کموي، چې د ګړندي ترلاسه کولو توان ورکوي.
● د معلوماتو موثریت ته اړتیا ده: د محدود بینډ ویت سیسټمونو کې د فایلونو کوچنۍ اندازې غوره دي.
بېلګه: په کلسیم یا ولټاژ امیجینګ کې، سیګنالونه اکثرا د علاقې وړ سیمو په پرتله اوسط کیږي، نو د نمونې کمول د ساینسي پایلو سره د جوړجاړي پرته د رڼا راټولول ښه کوي.
اوورسمپلینګ څه شی دی؟
برعکس، ډیری غوښتنلیکونه چې د دقیقو توضیحاتو حل کول یې کلیدي دي، یا هغه غوښتنلیکونه چې د ترلاسه کولو وروسته تحلیل میتودونه کاروي ترڅو د تفاوت حد څخه هاخوا اضافي معلومات بیرته ترلاسه کړي، د Nyquist غوښتنو په پرتله کوچني عکس اخیستونکي پکسلونو ته اړتیا لري، چې د اوورسمپلینګ په نوم یادیږي.
که څه هم دا ریښتیني نظري ریزولوشن نه زیاتوي، دا کولی شي ګټې چمتو کړي:
● د کم کیفیت له لاسه ورکولو سره ډیجیټل زوم فعالوي.
● د پروسس وروسته ښه والی (د مثال په توګه، د غږونو لرې کول، د غږونو لرې کول، سوپر ریزولوشن).
● کله چې انځورونه وروسته نمونه کمه شي، د لیدلو وړ عرف کموي.
بېلګه: په مایکروسکوپي کې، د لوړ ریزولوشن sCMOS کیمره ممکن د حجروي جوړښتونو څخه ډیر نمونه واخلي ترڅو کمپیوټري الګوریتمونه د تفاوت حد څخه هاخوا ښه توضیحات استخراج کړي.
عام غلط فهمۍ
۱، ډېر میګاپکسل تل د روښانه انځورونو معنی لري.
سمه نه ده. ګړندیتوب د لینز د حل کولو ځواک او دا چې ایا سینسر په مناسب ډول نمونه اخلي، دواړو پورې اړه لري.
۲، هر ښه لینز د هر لوړ ریزولوشن سینسر سره ښه کار کوي.
د لینز ریزولوشن او پکسل پیچ ترمنځ ضعیف مطابقت به فعالیت محدود کړي.
۳، د نیکویسټ نمونې اخیستل یوازې د سیګنال پروسس کولو کې اړین دي، نه په عکس اخیستلو کې.
برعکس، ډیجیټل امیجنگ په بنسټیز ډول د نمونې اخیستلو پروسه ده، او Nyquist دلته هغومره اړونده دی لکه په آډیو یا مخابراتو کې.
پایله
د نیکویسټ نمونې اخیستل د ریاضيکي تجرید څخه ډیر څه دي - دا هغه اصل دی چې ډاډ ورکوي چې نظري او ډیجیټل ریزولوشن یوځای کار کوي. د سینسرونو د نمونې اخیستلو وړتیاو سره د لینزونو د حل کولو ځواک په سمون کولو سره، د عکس اخیستنې سیسټمونه د هنري اثارو یا ضایع شوي ظرفیت پرته اعظمي وضاحت ترلاسه کوي.
د مایکروسکوپي، ستورپوهنې، عکاسي، او ماشین لید په څیر متنوع برخو کې د مسلکي کسانو لپاره، د نیکویسټ نمونې اخیستلو پوهیدل د عکس اخیستنې سیسټمونو ډیزاین کولو یا غوره کولو لپاره کلیدي ده چې د باور وړ پایلې وړاندې کوي. په نهایت کې، د عکس کیفیت د یو مشخصاتو حد ته رسولو څخه نه راځي بلکه د توازن ترلاسه کولو څخه راځي.
پوښتنې او ځوابونه
که چیرې د Nyquist نمونې اخیستل په کیمره کې قناعت ونلري نو څه به پیښ شي؟
کله چې د نمونې اخیستلو کچه د Nyquist حد څخه ښکته شي، سینسر نشي کولی په سمه توګه دقیق توضیحات وړاندې کړي. دا د ایلیس کولو پایله لري، کوم چې د کندې شوي څنډو، moiré نمونو، یا غلط جوړښتونو په توګه ښکاري چې په ریښتینې صحنه کې شتون نلري.
د پکسل اندازه د Nyquist نمونې اخیستلو باندې څنګه اغیزه کوي؟
کوچني پکسلونه د Nyquist فریکونسي زیاتوي، پدې معنی چې سینسر کولی شي په تیوري کې ښه توضیحات حل کړي. مګر که لینز د دې کچې ریزولوشن وړاندې نه کړي، اضافي پکسلونه لږ ارزښت اضافه کوي او ممکن شور زیات کړي.
آیا د مونوکروم سینسرونو په پرتله د رنګ سینسرونو لپاره د نیکویسټ نمونې اخیستل توپیر لري؟
هو. په یوه مونوکروم سینسر کې، هر پکسل په مستقیم ډول رڼا نمونه کوي، نو د Nyquist اغیزمن فریکونسۍ د پکسل پیچ سره سمون خوري. د بایر فلټر سره د رنګ سینسر کې، هر رنګ چینل کم نمونه شوی، نو د ډیموسایسینګ وروسته اغیزمن ریزولوشن یو څه ټیټ دی.
د ټوسن فوټونیکس شرکت، لمیټډ ټول حقونه خوندي دي. د حوالې ورکولو پرمهال، مهرباني وکړئ سرچینه ومنئ:www.tucsen.com
