[Размер пикселя] Одна из важнейших характеристик камеры, которую необходимо оптимизировать для получения изображений.

Размер пикселя камеры — это физические размеры (ширина и высота) каждого отдельного пикселя на сенсоре камеры, обычно измеряемые в микрометрах (мкм). Это важнейшая характеристика, влияющая как на чувствительность камеры, так и на ее способность захватывать мелкие детали. Однако размер пикселя изображения (определяемый размером пикселя сенсора и увеличением оптической системы) играет более непосредственную роль в определении многих свойств изображения.

 

1. Взаимосвязь между размером пикселя сенсора и размером пикселя изображения.

 

Размер пикселя сенсора против размера пикселя изображения:

 

Размер пикселя сенсора — это физический размер одного пикселя на сенсоре. Однако размер пикселя изображения определяется как размер пикселя сенсора, деленный на коэффициент увеличения системы.

Увеличение оптической системы (определяемое оптическими компонентами, такими как линзы или объективы микроскопа) играет решающую роль в эффективном размере пикселя изображения.

 

Влияние оптических систем:

 

Системы с фиксированной фокальной плоскостью (например, объективы микроскопов) против фокусируемых систем (например, обычные объективы фотокамер):

В системах с фиксированной фокальной плоскостью размер пикселя напрямую связан с увеличением, и более крупные пиксели могут собирать больше света, обеспечивая более высокую чувствительность.

В системах с возможностью фокусировки увеличение можно регулировать, изменяя расстояние до объекта или используя зум-объективы, что, в свою очередь, изменяет эффективный размер пикселя изображения.

 

2. Чувствительность и размер пикселя

 

Более крупные пиксели и повышенная чувствительность:

 

Более крупные пиксели способны собирать больше света, повышая чувствительность камеры, особенно в условиях недостаточного освещения.

Аналогия: Большие пиксели — это как ведро по сравнению со стаканом для сбора дождевой воды: большая площадь собирает больше фотонов, что повышает чувствительность.

Например, если размер пикселя удваивается как по оси X, так и по оси Y, площадь пикселя увеличивается в четыре раза, а это значит, что он может собрать в четыре раза больше фотонов.

 

Преимущества съемки в условиях низкой освещенности:

 

Увеличение размера пикселей значительно улучшает способность камеры улавливать слабые световые сигналы, сокращая необходимое время экспозиции или уровень освещенности.

 

3. Размер пикселя против разрешения изображения

 

Компромисс в разрешении:

 

Более крупные пиксели могут повысить чувствительность, но они также могут снизить способность различать мелкие детали.

Например: пиксель размером 1 мкм с трудом сможет различить детали меньшего размера, чем 2 мкм, поскольку соседние элементы будут сливаться друг с другом.

Степень пикселизации увеличивается с увеличением размера пикселей, а это значит, что мелкие детали изображения станут неразличимыми.

 

Ограничения оптической системы:

 

Разрешение оптической системы также является ограничивающим фактором при отображении мелких деталей. Каждая оптическая система имеет предел, за которым уменьшение размера пикселя не улучшит разрешение, а снизит чувствительность.

В системах, основанных на использовании микроскопных объективов, числовая апертура (NA) в первую очередь определяет этот предел разрешения.

 

4. Согласование размера пикселя с оптической системой

 

Идеальный размер пикселя для микроскопов с высокой числовой апертурой:

 

Камера с размером пикселя 6,5 мкм идеально сочетается с микроскопными объективами с высоким числом числовой апертуры (NA) и увеличением 60x.

Камеры с пикселями размером 10 или 11 мкм лучше всего подходят для объективов с высоким числом числовой апертуры (NA) и 100-кратным увеличением.

Более крупные пиксели могут обеспечить более высокую чувствительность, но меньшие пиксели не обязательно улучшают разрешение деталей; они более полезны для захвата более мелких деталей изображения только в том случае, если оптическая система может поддерживать такое разрешение.

 

5. Заключение: Баланс размера пикселя, чувствительности и разрешения.

 

Компромисс между размером пикселя:

Более крупные пиксели лучше подходят для съемки в условиях низкой освещенности и повышения чувствительности, но при этом снижают способность различать мелкие детали изображения.

Меньший размер пикселей улучшает разрешение изображения, но может снизить чувствительность, особенно в условиях недостаточного освещения.

 

Сопоставление систем:

Идеальный размер пикселя камеры зависит от используемой оптической системы. Для систем с большим увеличением (например, микроскопов с высокой числовой апертурой) размер пикселя должен быть сбалансирован с разрешающей способностью оптической системы и предполагаемым применением в визуализации.