Malamalama i Fa'ata'ita'iga Nyquist: Fa'apaleni Fuafuaga Fa'atino ma Meapue |

I ata faakomepiuta, e faigofie lava ona manatu e otometi le maualuga o le iuga o lona uiga o ata sili atu. E masani ona fa'atau atu e le au fai mea pu'e ata faiga e fa'atatau i numera megapixel, a'o fa'amamafaina e tagata fai tioata le malosi ma le ma'ai. Peita'i, i le fa'ata'ita'iga, e fa'alagolago le tulaga lelei o ata i fa'amatalaga o le tioata po'o le sensor ta'ito'atasi ae fa'apea fo'i i le lelei e fetaui.

O le mea lea e sau ai le Nyquist sampling. O le amataga o se mataupu faavae mai le faʻaogaina o faailoilo, o le faʻataʻitaʻiga a Nyquist e faʻatulagaina ai le faʻavae faʻavae mo le puʻeina saʻo o faʻamatalaga. I ata, e fa'amautinoa ai e galulue fa'atasi le fa'ai'uga fa'apitoa e tu'uina atu e se tioata ma le fa'afuainumera numera o le masini pu'eata.

O lenei tusiga o loʻo faʻamatalaina le Nyquist sampling i le tulaga o ata, faʻamatalaina le paleni i le va o mata ma meapueata, ma tuʻuina atu taʻiala faʻatino mo talosaga e amata mai ata pue i ata faasaienisi.

O le a le Nyquist Sampling?

Ata 1: Le Nyquist sampling theorem

Luga:O se faailo sinusoidal (cyan) e fuaina, poʻo faʻataʻitaʻiga, i le tele o vaega. O le laina lanu efuefu umi fa'ailoga e fai ma sui o le 1 fua i le ta'amilosaga o le fa'ailoga sinusoidal, na'o le pu'eina o fa'ailoga, e natia atoa ai le natura moni o le fa'ailoga. O le pi'opi'o mūmū fa'ata'imo'i e pu'eina ile 1.1 fua ile fa'ata'ita'iga, e fa'aalia ai se sinusoid ae fa'asesē lona fa'asologa. E tutusa lea ma le mamanu Moiré.

Lalo:E na'o le 2 fa'ata'ita'iga e ave i le ta'amilosaga (laina togitogi lanu viole) e amata ona pu'eina le natura moni o le fa'ailoga.

O le Nyquist sampling theorem o se mataupu faavae masani i le faagasologa o faailo i mea tau eletise, faʻalogo leo, ata ma isi matāʻupu. O loʻo faʻamalamalama manino mai e le aʻoaʻoga e faʻapea, ina ia toe fausia se faʻasologa o taimi i se faʻailoga, e tatau ona faia fua ia le itiiti ifo ma le faaluaina o le tele o taimi, o loʻo faʻaalia i le Ata 1. I le tulaga o la tatou iugafono faʻapitoa, o lona uiga o le tele o le pixel space space e tatau ona sili atu i le afa o faʻamatalaga laiti o loʻo tatou taumafai e puʻeina, pe, i le tulaga o se microscope, afa le iugafono a le microscope.

Ata 2: Fa'ata'ita'iga Nyquist fa'atasi ma pixels sikuea: fa'atonuga taua

O le fa'aogaina o se meapueata ma se fa'asologa o sikuea sikuea, o le 2x fa'ata'ita'iga fa'ata'ita'iga o le Nyquist theorem o le a na'o le sa'o sa'o ona pu'eina fa'amatalaga e fetaui lelei ma le fa'asologa o pika. Afai o le taumafai e foia fausaga i se tulimanu i le pixel grid, o le pika aoga tele e sili atu, e oo atu i le √2 taimi sili atu i le diagonal. Ole fua ole fa'ata'ita'iga e tatau ona 2√2 taimi ole fa'amanino ole fa'amanino e pu'e fa'amatalaga ile 45o ile pika pika.

O le mafuaʻaga o lenei mea e faʻaalia manino e ala i le iloiloina o le Ata 2 (afa pito i luga). Va'ai faalemafaufau i le lapo'a o le pika o lo'o fa'atulaga i le fa'ai'uga opitika, e tu'uina atu ai le pito i luga o fa'apogai pito lata ane e lua, po'o so'o se fa'amatalaga o lo'o tatou taumafai e fo'ia, ta'itasi a latou pika. E ui lava o nei mea e iloa eseese, e leai se faʻaaliga i fua faʻatatau e lua o latou pito maʻoti - ma o le isi itu o la tatou faʻamatalaga o le "foia" e le o ausia. E mana'omia se pika i le va, e pu'e ai se fa'ailoga. E maua lea e ala i le fa'aluaina o le fua fa'ata'ita'i fa'amanino, fa'aigoa fa'afa'afa le lapo'a o le pika avanoa.

Optical Resolution vs. Meapue Resolution

Ina ia malamalama pe faʻapefea ona galue faʻataʻitaʻiga Nyquist i faʻataʻitaʻiga, e manaʻomia ona tatou vaʻai i le va o ituaiga e lua o iuga:

● Optical Resolution: Fuafuaina e le tioata, o le iugafono opitika e faasino i lona gafatia e toe gaosia ai auiliiliga lelei. O mea taua e pei o le lelei o le tioata, avanoa, ma le feeseesea'i e setiina ai lenei tapulaa. E masani ona fa'aogaina le fa'aogaina o le suiga (MTF) e fua ai pe fa'afefea ona tu'uina atu e se tioata le fa'atusatusaga i alalaupapa fa'amanino eseese.

● I'uga o meapueata: Fuafuaina e le masini, o le iuga o le meapueata e fa'alagolago i le lapo'a o le pika, le maualuga o le pika, ma le aofa'i atoa o le leo. Ole pika pika ole aCMOS meapueatafa'amatala sa'o lona fa'asologa Nyquist, lea e fuafua ai le fa'amatalaga aupito maualuga e mafai ona pu'eina e le masini.

A le ogatasi ia mea e lua, e tula'i mai faafitauli. O se tioata e sili atu i le malosi e foia ai le leo e "ma'imau" lelei, talu ai e le mafai e le masini ona pu'eina uma auiliiliga. I le isi itu, o se masini faʻamautu maualuga e fetaui ma se tioata maualalo e maua ai ata e le faʻaleleia e ui lava i le tele o megapixels.

Fa'afefea ona Fa'apaleni Fuafuaga Fa'atino ma Meapueata

Fa'apaleni optics ma sensors o lona uiga fa'afetaui le Nyquist frequency o le sensor ma le optical cutoff frequency o le tioata.

● O le Nyquist frequency o se masini pu'eata ua fuafuaina e pei o le 1 / (2 × pixel pitch). E fa'amatala ai le maualuga fa'avanoa taimi e mafai ona fa'ata'ita'i e le masini e aunoa ma le fa'ailogaina.
● O le va'aiga tipi tipi e fa'alagolago i uiga o le tioata ma le fe'ese'esea'i.

Mo fa'ai'uga sili ona lelei, e tatau ona fa'aogatasi le fa'alava o le Nyquist fa'atasi ma pe sili atu teisi atu i le malosi o le fofoina o tioata. I le fa'ata'ita'iga, o se tulafono lelei o le fa'amautinoa o le pika pika e tusa ma le afa o le la'ititi la'ititi e mafai ona fa'amalieina o le tioata.

Mo se faʻataʻitaʻiga, afai e mafai e se tioata ona faʻamalieina faʻamatalaga e oʻo i le 4 micrometers, ona faʻapaleni lelei lea e le masini e iai le pika o le ~ 2 micrometers.

Fa'afetaui le Nyquist ma le I'uga o meapueata ma le Lu'itau o Pixel Square

O le fefa'ataua'iga ma le fa'aitiitiga ole lapo'a ole pika ole meafaitino e fa'aitiitia ai le tomai e aoina ai le malamalama. O le mea lea e taua ai le faapaleniina o le manaʻoga mo le fofo ma le aoina o le malamalama. E le gata i lea, o le lapopo'a o le mea faitino avanoa pixel lapopo'a e masani ona fa'aalia ai le tele o vaaiga o le mataupu ata. Mo talosaga o lo'o i ai se mana'oga mo se fa'ai'uga lelei, o le 'tulafono o le lima matua' paleni sili ona lelei e fai mai e taia e fa'apea: O le tele o le pika avanoa avanoa, pe a fa'atele i se mea e fa'atatau mo Nyquist, e tatau ona tutusa ma le fa'ai'uga opitika. Ole aofa'i lea e ta'ua ole mea pu'eata.

Fa'apaleni optics ma sensors e masani ona o'o mai i lalo e fa'amautinoa ai o le fa'ata'ita'iga lelei fa'ata'ita'iga iugafono o le meapueata e fetaui ma le fa'atapula'a o fa'ai'uga mata o le tioata. Fai mai se faiga e "faafetaui Nyquist" pe a:

Fuafuaga o mea pu'eata = Fuafuaga fa'apitoa

Le mea e maua ai le iugafono o meapueata e:

O le mea e tatau ona faʻamaonia mo Nyquist e masani ona fautuaina o le 2.3, ae le o le 2. O le mafuaʻaga o lenei mea e faʻapea.

O pika meapueata e (masani) sikuea, ma fa'atulaga i luga ole fa'asologa 2-D. Ole lapo'a pika e pei ona fa'amatalaina mo le fa'aoga ile fa'afeagai o lo'o fa'atusalia ai le lautele o pika i luga o to'i o lenei fa'asologa. Afai o foliga o loʻo matou taumafai e foia e pepelo i soʻo se itu sei vagana ai se numera atoatoa o le 90 ° e faʻatatau i lenei faʻasologa, o le a sili atu le lapoʻa pika lelei, e oʻo atu i le √2 ≈ 1.41 taimi ole lapoʻa pika ile 45°. O loʻo faʻaalia i le Ata 2 (afa pito i lalo).

O le mea e fautuaina e tusa ai ma le Nyquist criterion i tulaga uma o le a 2√2 ≈ 2.82. Ae ui i lea, ona o le fefaʻatauaʻiga na taʻua muamua i le va o iugafono ma le aoina o le malamalama, o le tau fetuutuunai o le 2.3 ua fautuaina e fai ma tulafono o le lima matua.

Le Matafaioi a Nyquist Sampling i Ata

Nyquist sampling o le leoleo faitoto'a o le fa'amaoni ata. Pe a pa'u le fua fa'ata'ita'i i lalo ole tapulaa Nyquist:

● Undersampling → mafua ai le fa'aigoa: fa'amatalaga sese, pito fa'alava, po'o mamanu moiré.

● Oversampling → puʻeina le tele o faʻamatalaga nai lo le mea e mafai ona tuʻuina atu e le optics, e taʻitaʻia ai le faʻaitiitia o tupe maua: faila tetele ma manaʻoga e sili atu le gaosiga e aunoa ma se faʻaleleia vaaia.

O fa'ata'ita'iga sa'o e fa'amautinoa ai o ata e ma'ai ma fa'amaoni i mea moni. E maua ai le paleni i le va o mea fa'aoga mata ma le pu'eina numera, aloese mai fa'ama'imau iugafono i le tasi itu po'o le fa'aseseina o mea taulima i le isi itu.

Talosaga Fa'atino

O le fa'ata'ita'iga o Nyquist e le na'o le fa'ata'ita'iga - o lo'o i ai fa'aoga taua i matā'upu fa'ata:

● Microscopy:E tatau i tagata su'esu'e ona filifili masini e fa'ata'ita'i ia le itiiti ifo ma le fa'aluaina fa'amatalaga la'ititi e mafai ona fa'aleleia e le tioata fa'amoemoe. Filifilia o le mea tonumea pueata microscopye taua tele, aua e tatau ona ogatusa le tele o le pika ma le fa'atapula'aina o le fa'ai'uga o le fa'amoemoega ole microscope. O fale su'esu'e fa'aonaponei e masani ona fiafia i aisCMOS meapueata, lea e maua ai le paleni o le maaleale, tulaga faʻamalosi, ma fausaga pika lelei mo faʻataʻitaʻiga olaola maualuga.

● Ata pue:O le tu'ufa'atasia o masini maualuga-megapixel ma tioata e le mafai ona fo'ia fa'amatalaga lelei tutusa e masani ona i'u ai i fa'alelei fa'atauva'a i le ma'ai. O tagata pueata faapolofesa e faapaleni tioata ma meapueata e aloese ai mai le maumau.

● Va'aiga Masini &Meapueata FaasaienisiI le fa'atonutonuina lelei ma le su'esu'eina o fale gaosimea, o le misia o mea laiti ona o le la'ititi o le fa'ata'ita'iga e ono fa'apea o vaega fa'aletonu e le iloa. E mafai ona fa'aaoga ma le loto i ai le fa'ata'ita'iga mo le fa'ateteleina fa'atekinolosi po'o le fa'aleleia atili o gaioiga.

O afea e Faafetaui ai Nyquist: Fa'ato'a fa'ata'ita'iga ma le Fa'aitiitiga

O le fa'ata'ita'iga o Nyquist o lo'o fa'atusalia le paleni lelei, ae i le fa'atinoga, o faiga fa'ata'ita'iga e mafai ona fa'atupu ma le loto i ai pe fa'aitiitia fa'ata'ita'iga e fa'atatau i le fa'aoga.

O le a le Undersampling

I le tulaga o talosaga e sili atu le taua o le maʻaleʻale nai lo le fofoina o faʻamatalaga sili ona laʻititi, o le faʻaaogaina o se mea faʻaoga avanoa pixel lapoa e sili atu nai lo manaʻoga Nyquist e mafai ona oʻo atu ai i le tele o le aoina o le malamalama. E ta'ua lea o le undersampling.

O lenei mea e ofoina atu auiliiliga lelei, ae mafai ona aoga pe a:

● E taua tele le maaleale: pika tetele e aoina atili le malamalama, faʻaleleia le faʻatusatusaina o faailoilo i le pisa i ata maualalo.
● E taua le saoasaoa: itiiti pixels e faʻaitiitia ai le taimi e faitau ai, e mafai ai ona vave maua.
● E manaʻomia le faʻaogaina o faʻamaumauga: laʻititi faila faila e sili atu i faiga faʻatapulaʻa bandwidth.

Fa'ata'ita'iga: I le calcium po'o le voltage imaging, e masani ona ave fa'ailo i luga o itulagi e fiafia i ai, o lea e fa'aleleia atili ai le aoina mai o le malamalama e aunoa ma le fa'afefeina o taunu'uga fa'asaienisi.

O le a le Oversampling

I le isi itu, o le tele o talosaga e fai ai le fofoina o auiliiliga o mea autu, poʻo talosaga e faʻaaoga ai metotia auʻiliʻili pe a maeʻa le mauaina e toe maua ai faʻamatalaga faaopoopo i tua atu o le faʻatapulaʻaina tapulaa, e manaʻomia ai pixels faʻataʻitaʻiga laiti nai lo manaʻoga Nyquist, e taʻua o le oversampling.

E ui o lenei mea e le faʻapupulaina ai le faʻamalamalamaga moni, e mafai ona maua ai faʻamanuiaga:

● Fa'aagasolo fa'afuainumera fa'ato'a fa'aitiitia lelei.
● Fa'aleleia le fa'agasologa o galuega (fa'ata'ita'iga, deconvolution, denoising, super-resolution).
● Fa'aiti'itia fa'aigoa va'aia pe a fa'alalo ata mulimuli ane.

Faataitaiga: I le microscopy, e mafai e se mea pu'eata sCMOS maualuga ona fa'ata'ita'i fausaga feavea'i ina ia mafai ai e fa'asologa fa'akomepiuta ona maua mai fa'amatalaga lelei i tua atu o le fa'atapula'aina.

O manatu sese masani

1、O le tele o megapixels o lona uiga o ata ma'ai.
E le moni. O le ma'ai e fa'alagolago i le malosi e fo'ia ai le tioata ma pe fa'ata'ita'i fa'ata'ita'i e le masini.

2、So'o se tioata lelei e aoga lelei ma so'o se masini maualuga maualuga.
O le le lelei o le fetaui i le va o tioata ma le pika pika o le a fa'atapulaaina ai le faatinoga.

3、Nyquist fa'ata'ita'iga e na'o le fa'aogaina o fa'ailoga, ae le o ata.
I se isi itu, o ata numera o se faiga faʻataʻitaʻiga, ma o Nyquist e talafeagai iinei e pei o le leo poʻo fesoʻotaʻiga.

Fa'ai'uga

O le fa'ata'ita'iga o Nyquist e sili atu nai lo le fa'avasegaina o le matematika - o le ta'iala lea e fa'amautinoa ai le galulue fa'atasi o fa'ai'uga fa'apitoa ma numera. E ala i le fa'aogaina o le malosi e fofo ai tioata fa'atasi ai ma le fa'ata'ita'iga agava'a o masini, fa'ata'ita'iga faiga e maua ai le manino maualuga e aunoa ma ni mea fa'apitoa po'o le fa'amaumau le gafatia.

Mo tagata tomai faapitoa i matata eseese e pei o microscopy, astronomy, ata pue, ma masini vaʻai, malamalama Nyquist sampling o le ki i le mamanuina poʻo le filifilia o ata faʻataʻitaʻiga e maua ai faʻamaoniga mautinoa. Mulimuli ane, o le uiga lelei o ata e le sau mai le tuleia o se tasi faʻamatalaga i le maualuga ae mai le ausiaina o paleni.

FAQs

O le a le mea e tupu pe a le faamalieina le fa'ata'ita'iga Nyquist i se meapueata?
Pe a pa'ū le fua fa'ata'ita'i i lalo ole fa'atapula'a o le Nyquist, e le mafai e le masini fa'ata'ita'i ona fa'atusaina fa'amatalaga lelei. O le mea lea e maua ai le fa'ailoga, lea e foliga mai e pei o pito matala, mamanu moiré, po'o mea sese e le o iai i le vaaiga moni.

E fa'afefea ona a'afia le tele o le pika i le fa'ata'ita'iga a Nyquist?
O pika laiti e fa'atuputeleina ai le fa'asologa o Nyquist, o lona uiga e mafai e le masini ona fa'amalieina fa'amatalaga sili atu. Ae afai e le mafai e le tioata ona tuʻuina atu le maualuga o le iuga, o pixels faaopoopo e faʻaopoopoina sina tau ma e ono faʻateleina le pisa.

E 'ese'ese le fa'ata'ita'iga a Nyquist mo masini fa'asolo ma lanu?
Ioe. I totonu o se masini monochrome, o faʻataʻitaʻiga pika uma e faʻamalamalama saʻo, o lea e fetaui lelei le Nyquist frequency ma le pika pika. I totonu o se lanu lanu ma se Bayer faamama, o laina lanu taʻitasi e laʻititi le faʻataʻitaʻiga, o le mea lea o le fofo lelei pe a maeʻa faʻataʻitaʻiga e laʻititi laʻititi.

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