[ Dimensiunea pixelilor ] Una dintre cele mai importante specificații ale camerei care trebuie optimizată pentru imagistică

Dimensiunea pixelului camerei se referă la dimensiunile fizice (lățime și înălțime) ale fiecărui pixel individual de pe senzorul camerei, măsurate de obicei în micrometri (μm). Este o specificație crucială care influențează atât sensibilitatea camerei, cât și capacitatea acesteia de a capta detalii fine. Cu toate acestea, dimensiunea pixelului imaginii (rezultată din dimensiunea pixelului senzorului și mărirea sistemului optic) joacă un rol mai direct în determinarea multor proprietăți ale imaginii.

 

1. Relația dintre dimensiunea pixelilor senzorului și dimensiunea pixelilor imaginii

 

Dimensiunea pixelilor senzorului vs. dimensiunea pixelilor imaginii:

 

Dimensiunea pixelului senzorului este dimensiunea fizică a unui singur pixel de pe senzor. Cu toate acestea, dimensiunea pixelului imaginii este determinată de dimensiunea pixelului senzorului împărțită la mărirea sistemului.

Mărirea sistemului optic (care este determinată de componentele optice precum lentilele sau obiectivele microscopului) joacă un rol crucial în dimensiunea efectivă a pixelilor imaginii.

 

Impactul sistemelor optice:

 

Sisteme cu plan focal fix (de exemplu, obiective de microscop) vs. sisteme focalizabile (de exemplu, lentile convenționale ale camerelor):

În sistemele cu plan focal fix, dimensiunea pixelului este direct legată de mărire, iar pixelii mai mari pot colecta mai multă lumină, oferind o sensibilitate mai mare.

În sistemele focalizabile, mărirea poate fi ajustată prin modificarea distanței față de subiect sau prin utilizarea obiectivelor cu zoom, ceea ce la rândul său modifică dimensiunea efectivă a pixelilor imaginii.

 

2. Sensibilitate și dimensiune pixel

 

Pixeli și sensibilitate mai mari:

 

Pixelii mai mari pot colecta mai multă lumină, îmbunătățind sensibilitatea camerei, în special în condiții de lumină slabă.

Analogie: Pixelii mai mari sunt ca o găleată în comparație cu un pahar pentru colectarea apei de ploaie - suprafața mai mare colectează mai mulți fotoni, ceea ce crește sensibilitatea.

De exemplu, dacă dimensiunea unui pixel se dublează atât în ​​direcțiile X, cât și în Y, suprafața pixelului crește de patru ori, ceea ce înseamnă că poate colecta de patru ori mai mulți fotoni.

 

Beneficii pentru imagistica în lumină slabă:

 

Dimensiunea crescută a pixelilor îmbunătățește semnificativ capacitatea camerei de a capta semnale luminoase slabe, reducând timpul de expunere necesar sau nivelul de lumină.

 

3. Dimensiunea pixelilor vs. Rezoluția imaginii

 

Compromisul rezoluției:

 

Pixelii mai mari pot îmbunătăți sensibilitatea, dar pot reduce și capacitatea de a rezolva detalii fine.

Exemplu: Un pixel de 1 μm va avea dificultăți în a rezolva detalii mai mici de 2 μm, deoarece caracteristicile învecinate se vor estompa unele în altele.

Gradul de pixelare crește odată cu creșterea numărului de pixeli, ceea ce înseamnă că detaliile mai fine din imagine vor deveni neclare.

 

Limitări ale sistemului optic:

 

Rezoluția sistemului optic este, de asemenea, un factor limitator în rezolvarea detaliilor fine. Fiecare sistem optic are o limită dincolo de care reducerea dimensiunii pixelilor nu va îmbunătăți rezoluția, dar va reduce sensibilitatea.

Pentru sistemele bazate pe obiective la microscop, diafragma numerică (NA) determină în primul rând această limită de rezoluție.

 

4. Potrivirea dimensiunii pixelilor cu sistemul optic

 

Dimensiunea ideală a pixelilor pentru microscoape cu NA ridicat:

 

O cameră cu o dimensiune a pixelilor de 6,5 μm este ideală pentru obiectivele de microscop cu NA ridicată de 60x.

Camerele cu pixeli de 10 sau 11 μm sunt cele mai potrivite pentru obiective cu NA ridicată de 100x.

Pixelii mai mari pot oferi o sensibilitate mai mare, dar pixelii mai mici nu îmbunătățesc neapărat rezoluția detaliilor; aceștia sunt mai utili pentru captarea detaliilor mai fine ale imaginii numai dacă sistemul optic poate suporta o astfel de rezoluție.

 

5. Concluzie: Echilibrarea dimensiunii pixelilor, a sensibilității și a rezoluției

 

Compromisul dimensiunii pixelilor:

Pixelii mai mari sunt mai buni pentru imagini în lumină slabă și pentru îmbunătățirea sensibilității, dar sacrifică capacitatea de a rezolva detaliile fine ale imaginii.

Pixelii mai mici îmbunătățesc rezoluția imaginii, dar pot reduce sensibilitatea, în special în condiții de lumină slabă.

 

Potrivire de sistem:

Dimensiunea ideală a pixelilor camerei depinde de sistemul optic utilizat. Pentru sistemele cu mărire mai mare (cum ar fi microscoapele cu NA ridicat), dimensiunea pixelilor trebuie să fie echilibrată cu puterea de rezoluție a sistemului optic și cu aplicația de imagistică dorită.